Экзогенные процессы минералообразования

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТ»

Геолого-географический факультет

Кафедра Общей и исторической геологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Экзогенные процессы минералообразования»

Выполнила: студентка 1 курса

направления 020700-Геология

Колесникова Елена Геннадьевна

Научный руководитель:

доц. к.г.-м. н. Попов Юрий Витальевич

Ростов-на-Дону-2012



Содержание

Введение

1. Основная часть

1.1 Выветривание

1.1.1 Физическое выветривание

1.1.2 Химическое выветривание

1.1.3 Коры выветривания

1.2 Геологическая деятельность ветра

1.2.1 Дефляция и корразия

1.2.2 Перенос материала ветром

1.2.3 Аккумуляция и эоловые отложения

1.3 Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

1.3.1 Плоскостной склоновый сток

1.3.2 Деятельность временных русловых потоков

1.3.3 Аккумулятивная деятельность русловых потоков

1.3.4 Деятельность рек

1.3.5 Эрозионная деятельность рек

1.3.6 Перенос материала реками

1.4 Геологическая деятельность подземных вод

1.4.1 Виды вод в горных породах

1.4.2 Происхождение подземных вод

1.4.3 Классификация подземных вод

1.4.4 Химический состав подземных вод

1.4.5 Карстовые процессы

1.4.6. Карстовые формы

1.5 Геологическая деятельность ледников

1.5.1 Типы ледников

1.6 Геологическая деятельность океанов и морей

1.7 Геологическая деятельность озер

1.7.1 Происхождение озерных котловин

1.7.2 Осадконакопление в озерах

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Прежде чем написать о том, что содержится в моей курсовой работе, я хотела бы рассказать, почему я выбрала именно эту тему. Просматривая первый раз предложенные темы курсовой работы, я сразу же обратила внимание на тему под номером 52. В этой теме меня привлекло то, что мы всю жизнь сталкиваемся с экзогенными процессами, но мало кто из нас когда-либо задумывался о том, каковы причины их возникновения, какова их деятельность и какое значение они имеют в нашей жизни?

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 ее воздействия с гидросферой и атмосферой. К ним относятся: выветривание, геологическая деятельность ветра (эоловые процессы, дефляция), текучих поверхностных и подземных вод (эрозия, денудация), озер и болот, вод морей и океанов (абразия), ледников (экзарация). Главные формы проявления экзогенных процессов на поверхности Земли: разрушение горных пород и химическое преобразование слагающих их минералов (физическое, химическое выветривание); удаление и перенос разрыхленных и растворимых продуктов разрушения горных пород водой, ветром и ледниками, отложения (аккумуляция) этих продуктов в виде осадков на суше или на дне водных бассейнов и постепенное их преобразование в осадочные горные породы (седиментогенез, диагенез, катагенез). Экзогенные процессы в сочетании с эндогенными процессами участвуют в формировании рельефа земли. В образовании толщ осадочных горных пород и связанными с ними месторождений полезных ископаемых. Так, 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 органических веществ и обогащенных ими толщ осадочных горных пород, возникают горючие полезные ископаемые.

Итак, я считаю, что тему для курсовой работы надо выбирать такую, чтобы она, в первую очередь, интересовала того, кто ее пишет. А во вторую, была бы интересна и полезна тем, кто будет ее слушать. Я думаю, что то, о чем я написала в своей работе не только интересно, но и полезно.



1. Основная часть

1.1 Выветривание

Выветривание -это совокупность сложных процессов физического разрушения, химического и биохимического разложения минералов и горных пород. Эти процессы вызываются рядом факторов: суточными и сезонными колебаниями температуры; механическим воздействием замерзающей воды, разрастающейся корневой системы растений и т.п.; химическим воздействием воды и газов-кислорода и углекислот; биохимическим воздействием органических кислот и других продуктов, образующихся при жизни растений и животных, а также при их отмирании и разложении.

1.1.1 Физическое выветривание

Физическое выветривание вызывается разнообразными факторами. В зависимости от природы воздействующего фактора характер разрушения горных пород при физическом выветривании различен. В одних случаях процесс разрушения происходит внутри самой горной породы без участия внешнего механически действующего агента. Сюда относится изменение объема составных частей породы, вызываемое колебанием температуры. Такое явление может быть названо температурным выветриванием. В других случаях горные породы разрушаются под механическим воздействием посторонних агентов. Такой процесс может быть условно назван механическим выветриванием.

Физическое выветривание подразделяется на температурное и морозное:

Температурное выветривание - разрушение горных пород и минералов на поверхности Земли под влиянием колебаний температуры. Известно, что при нагревании и охлаждении твёрдые тела изменяют свой объём. Не являются исключением горные породы и минералы. В результате суточных колебаний температуры в массиве горных пород возникают напряжения двух типов. Напряжения первого типа (называемые объёмно-градиентными) связаны с неравномерным нагреванием поверхностной и более глубоких частей массива; различие температур (и, соответственно, различное расширение) в этих частях массива приводят к образованию трещин, направленных параллельно его поверхности. Вследствие этого происходит шелушение и отслаивание пород, называемое десквамацией. Второй тип напряжений в пределах объёма породы и минерала связан с различием коэффициентов теплового расширения-сжатия минералов. Напряжения этого типа приводят к раскалыванию до уровня минеральных зерен и далее, по трещинам спайности, до образования частиц размером до сотых долей мм. Быстрее разрушаются темноокрашенные минералы и породы, а также крупнокристаллические полиминеральные породы с большими различиями коэффициентов расширения составляющих их минералов.

Так в процессе температурного выветривания массив разрушается с образованием обломочных пород различного размера - от щебня до алевритового материала. Суточные колебания температуры проявляются до глубины 1 м, что определяет максимальную мощность возникающих таким путём обломочных отложений.

Наиболее активно температурное выветривание протекает в пустынях и, в несколько меньшей степени, в нивальных областях и в высокогорных районах, не покрытых снегом. Этому способствует сочетание двух факторов: 1) резкие суточные колебания температуры, достигающие 50^оС и 2) обнажённость горных пород ввиду отсутствия растительного покрова и почвенного слоя.

Морозное выветривание - разрушение горных пород в результате периодического замерзания попадающей в трещины воды.

Попадая в трещины, в холодное время суток вода замерзает - превращается в лёд, объём которого, как известно, значительно выше, чем исходный объём воды. Кристаллизующийся лёд оказывает на стенки трещин весьма существенно давление, достигающее 1000 кг/см³ и более, что значительно выше прочности большинства горных пород. Давление льда приводит к расширению трещин и раскалыванию пород на крупные обломки размером от десятков сантиметров до метров в диаметре. Отсутствие более мелкого материала обусловлено тем, что свободная вода не способна проникать в микротрещины.

Наиболее активно морозное выветривание протекает в холодных и умеренных областях с резкими суточными колебаниями температуры, а также в области развития вечной мерзлоты и в зоне деятельности ледников.

Образующиеся в ходе физического и химического выветривания продукты разрушения могут быть перемещены с места своего образования под действием водных потоков, ветра, движущихся ледников и других экзогенных факторов (процесс перемещения продуктов разрушения горных пород называется денудация) или остаться на месте своего образования. Продукты выветривания, залегающие на месте своего образования, называются элювий. К элювию относят продукты выветривания, не смещённые за пределы площади развития материнских пород (субстата за счёт которого они образовались).

В результате физического выветривания образуются особые формы ландшафта. Если выветривание происходит в горной области, где имеются плоские, горизонтальные поверхности, то продукты выветривания накапливаются на них в виде глыб и более мелкого дресвяного материала. В результате создаются элювиальные россыпи и ландшафты беспорядочного нагромождения глыб, получившие название «каменных морей».

Характерным ландшафтом зон физического выветривания являются каменистые пустыни, или, как их называют в Сахаре, гаммады. Гаммады представляют собой нагромождения глыб и щебня, образующиеся за счёт выветривания горизонтально лежащих платов горных пород и выноса ветром пылеватых и песчаных продуктов их разрушения. Краю пластов часто расчленены на останцы конусовидной формы, понижения между которыми заполнены россыпями каменных глыб и щебнем.

Говоря о физическом выветривании необходимо подчеркнуть, что оно приводит к механической дезинтеграции пород и минералов, но не приводит к их химическому преобразованию.

1.1.2 Химическое выветривание

Одновременно с физическим выветриванием в областях с промывным типом режима увлажнения происходят и процессы химического изменения с образованием новых минералов. При механической дезинтеграции плотных горных пород образуются макротрещины, что способствует проникновению в них воды и газа и, кроме того, увеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. Это создает условия для активизации химических и биогеохимических реакций. Проникновение воды или степень увлажненности не только определяют преобразование горных пород, но и обусловливают миграцию наиболее подвижных химических компонентов. Это находит особенно яркое отражение во влажных тропических зонах, где сочетаются высокая увлажненность, высокотермические условия и богатая лесная растительность. Последняя обладает огромной биомассой и значительным спадом. Эта масса отмирающего органического вещества преобразуется, перерабатывается микроорганизмами, в результате в большом количестве возникают агрессивные органические кислоты (растворы). Высокая концентрация ионов водорода в кислых растворах способствует наиболее интенсивному химическому преобразованию горных пород, извлечению из кристаллических решеток минералов катионов и вовлечению их в миграцию.

К процессам химического выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз.

Окисление. Особенно интенсивно протекает в минералах, содержащих железо. В качестве примера можно привести окисление магнетита, который переходит в более устойчивую форму - гематит (Fe₂0₄ Fе₂0₃). Такие преобразования констатированы в древней коре выветривания КМА, где разрабатываются богатые гематитовые руды. Интенсивному окислению (часто совместно с гидратацией) подвергаются сульфиды железа. Так, например, можно представить выветривание пирита:

FeS₂ + mO₂ + nН₂О FeS0₄ Fе₂(SО₄) Fе₂O₃^.nН₂О

Лимонит (бурый железняк)

На некоторых месторождениях сульфидных и других железных руд наблюдаются "бурожелезняковые шляпы", состоящие из окисленных и гидратированных продуктов выветривания. Воздух и вода в ионизированной форме разрушают железистые силикаты и превращают двухвалентное железо в трехвалентное.

Гидратация. Под воздействием воды происходит гидратация минералов, т.е. закрепление молекул воды на поверхности отдельных участков кристаллической структуры минерала. Примером гидратации является переход ангидрита в гипс: ангидрит:

CaSO₄+2H₂O CaSO₄^.2H₂0

гипс. Гидратированной разновидностью является также гидрогётит: гётит -

FeOOH + nH₂O FeOH^.nH₂O

гидрогётит. Процесс гидратации наблюдается и в более сложных минералах - силикатах.

Растворение. Многие соединения характеризуются определенной степенью растворимости. Их растворение происходит под действием воды, стекающей по поверхности горных пород и просачивающейся через трещины и поры в глубину. Ускорению процессов растворения способствуют высокая концентрация водородных ионов и содержание в воде О₂, СО₂ и органических кислот. Из химических соединений наилучшей растворимостью обладают хлориды - галит (поваренная соль), сильвин и др. На втором месте - сульфаты - ангидрит и гипс. На третьем месте карбонаты - известняки и доломиты. В процессе растворения указанных пород в ряде мест происходит образование различных карстовых форм на поверхности и в глубине.

Гидролиз. При выветривании силикатов и алюмосиликатов важное значение имеет гидролиз, при котором структура кристаллических минералов разрушается благодаря действию воды и растворенных в ней ионов и заменяется новой существенно отличной от первоначальной и присущей вновь образованным гипергенным минералам. В этом процессе происходят: 1) каркасная структура полевых шпатов превращается в слоевую, свойственную вновь образованным глинистым гипергенным минералам; 2) вынос из кристаллической решетки полевых шпатов растворимых соединений сильных оснований (К, Na, Ca), которые, взаимодействуя с СО₂ , образуют истинные растворы бикарбонатов и карбонатов (К₂СО₃, Na₂СО₃, СаСО₃). В условиях промывного режима карбонаты и бикарбонаты выносятся за пределы места их образования. В условиях же сухого климата они остаются на месте, образуют местами пленки различной толщины, или выпадают на небольшой глубине от поверхности (происходит карбонатизация); 3) частичный вынос кремнезема; 4) присоединение гидроксильных ионов.

Процесс гидролиза протекает стадийно с последовательным возникновением нескольких минералов. Так, при гипергенном преобразовании полевых шпатов возникают гидрослюды, которые затем превращаются в минералы группы каолинита или галуазита:

K[AlSi₃O₈] (К,Н₃О)А1₂(ОН)₂[А1Si₃О₁₀]^. Н₂O Аl₄(ОН)₈[Si₄O₁₀]

ортоклаз гидрослюда каолинит

В умеренных климатических зонах каолинит достаточно устойчив и в результате накопления его в процессах выветривания образуются месторождения каолина. Но в условиях влажного тропического климата может происходить дальнейшее разложение каолинита до свободных окислов и гидроокислов:

Al₄(OH)₈[Si₄O₁₀] Al(OH)₃+SiO₂^. nH₂O

гидраргиллит

Таким образом, формируются окислы и гидроокислы алюминия, являющиеся составной частью алюминиевой руды - бокситов.

При выветривании основных пород и особенно вулканических туфов среди образующихся глинистых гипергенных минералов наряду с гидрослюдами широко развиты монтмориллониты (Al₂Mg₃) [Si₄O₁₀](OH)_2*nH₂O и входящий в эту группу высокоглиноземистый минерал бейделлит А1₂(ОН)₂[А1Si₃О₁₀]nН₂O. При выветривании ультраосновных пород (ультрабазитов) образуются нонтрониты, или железистые монтмориллониты (FeAl₂)[Si₄O₁₀](OH)₂^. nН₂О. В условиях значительного атмосферного увлажнения происходит разрушение нонтронита, при этом образуются окислы и гидроокислы железа (явление обохривания нонтронитов) и алюминия.



1.1.3 Коры выветривания

Геологические тела, сложенные элювием, то есть продуктами глубокого поверхностного физического, химического, биохимического преобразования горных пород, оставшихся на месте своего образования, объединяют понятием кора выветривания.

Процессы химического выветривания протекают стадийно, что наглядно демонстрируется приведённой выше последовательностью преобразования пирита и полевого шпата. Эта стадийность отчётливо проявляется в развитии и строении и развитии кор выветривания.

Б.Б. Полыновым были выделены стадии развития коры выветривания, наиболее проявленные в ортоэлювии (кора выветривания магматических и метаморфических горных пород).

Первая стадия - обломочная - характеризуется физическим выветриванием материнских пород, химических преобразований в пределах коры не происходит. Дезинтеграция горных пород, образование в них трещин обуславливает, с одной стороны, их хорошую водопроницаемость, а с другой - резко увеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. Это создаёт условия для активизации разнообразных физико-химических, химических и биогеохимических процессов, сопутствующих химическому выветриванию.

Вторая стадия - сиаллитная, или обызвесткованная знаменуемся началом процесса химического выветривания, сопровождающимся извлечением из кристаллохимических структур силикатов щелочных и щелочноземельных элементов (главным образом кальция и натрия). При этом за счёт осаждения выносимого кальция в выветривающейся породе образуются плёнки, налёты и конкреции кальцита («обызвесткованный элювий»). Силикаты на этой стадии начинают гидратироваться и подвергаться гидролизу, при этом гидролиз силикатов со сложной кристаллохимической структурой сопровождается не полным их разрушением, а распадом на отдельные «блоки», из которых затем возникают новые минералы - происходит трансформация в глинистые минералы (гидрослюды, монтмориллонит, бейделлит и др.). За пределы коры выветривания водами выносятся лишь наиболее подвижные элементы - хлор и частично сера.

Третья стадия - кислая сиаллитная - сопровождается дальнейшим, уже весьма значительным, преобразованием минералов - за счёт материнских пород образуется «сиаллитный элювий», получивший название по преобладающим химическим элементам Si и Al. Для этой стадии характерны богатые алюминием глины - каолинит, галлуазит, и железосодержащие оксиды и гидроксиды - лимонит и пр. Продукты выветривания лишаются оснований (CaО, Na₂О, K₂O, MgO), выносимых из коры фильтрующимися сквозь неё водами.

Четвёртая стадия - аллитная - проявлена в интенсивном вносе из продуктов выветривания не только щелочных и щелочноземельных элементов, но и кремнезёма силикатов, вследствие чего в пределах коры остаются наименее подвижные соединения - водные окислы алюминия и железа, образующие латериты. При наличии определённого состава исходных пород конечные продукты выветривания обогащаются оксидами алюминия (отсюда и название аллитной стадии). Так в условиях жаркого климата и высокой влажности преобразование полевых шпатов приводит не только до уровня каолинитовых глин, но и далее, приводя к формированию бокситов - алюминиевой руда, состоящая из гидроксидов алюминия (до 40-60%), оксидов железа и кремния.

Приведённая выше последовательность преобразования исходных пород является. Конечно, обобщённой идеальной схемой, иллюстрирующей общую направленность процесса выветривания.

Процесс выветривания может прерваться на любой стадии в связи с неблагоприятным изменением физико-географических условий (например, в связи с аридизацией климата) или под воздействием геологических событий (например, воздымание территории, проводящее к эрозии коры выветривания, либо наоборот, опусканием и захоронения коры выветривания под осадками). Следовательно, очень древняя кора выветривания может быть неполно развитой, а геологически более молодая кора, развивавшаяся на протяжении более длительного времени, может оказаться более хорошо сформированной.

Состав конечных продуктов химического выветривания определяется как степенью эволюции коры, так и составом материнских пород. Для кор, развивающихся по ультраосновным породам, характерно обогащение железом, содержащимся в большом количестве в материнских породах. Иногда такие коры используются в качестве железной руды (например, месторождения на о. Куба, где мощность коры достигает 25 м). Другим элементом, способным образовывать промышленные концентрации является никель, накапливающийся в нижних частях коры выветривания за счёт осаждения из фильтрующихся водных растров (обогащённых в верхних горизонтах коры довольно подвижным никелем).

При этом, вне зависимости от различий состава субстрата, существует определённая закономерность в подвижности элементов (следовательно, и последовательности их выноса из коры), позволившая выделить ряды миграции элементов в корах выветривания.

выветривание геологический аккумулятивный ледник



(Профиль коры выветривания)

1.2 Геологическая деятельность ветра

Под геологической работой ветра понимается изменение поверхности Земли под влиянием движущихся воздушных струй. Ветер может разрушать горные породы, переносить мелкий обломочный материал. Сгруживать его в определенных местах или отлагать на поверхности Земли ровным слоем. Чем больше скорость ветра, тем сильнее производимая им работа.

Геологическая деятельность ветра проявляется во всех климатических зонах, но особенно большую работу ветер производит там, где для этого имеются благоприятные условия: 1)аридный климат; 2)бедность растительного покрова, скрепляющего своими корнями почву; 3) интенсивное проявление физического выветривания, дающего богатый материал для выдувания; 4) наличие постоянных ветров и условий для развития ихъ колоссальных скоростей. Также геологическая работа ветра особенно интенсивна там, где породы непосредственно соприкасаются с атмосферой, т.е. где отсутствует растительный покров. Такими благоприятными районами являются пустыни, горные вершины и морские побережья. Весь обломочный материал, попавший в воздушные потоки, рано или поздно осаждается на поверхности Земли, образуя слой эоловых отложений. Таким образом, геологическая работа ветра состоит из следующих процессов:

1) разрушение горных пород (дефляция и корразия)

2)переноса-транспортировки разрушенного материала (эоловая транспортировка) и;

3) эолового отложения (эоловая аккумуляция).

1.2.1 Дефляция и корразия

Дефляция - разрушение, раздробление и выдувание рыхлых горных пород на поверхности Земли вследствие непосредственного давления воздушных струй. Разрушительная способность воздушных струй увеличивается в случаях, когда они насыщены водой или твердыми веществами - песком и др. Разрушение с помощью твердых частиц носит название корразии (лат. «корразио»-обтачивание).

Дефляция наиболее сильно проявляется в узких горных долинах, в щелевидных расселинах, в сильно нагреваемых пустынных котловинах. Где часто возникают пыльные вихри. Они подхватывают подготовленный физическим выветриванием рыхлый материал, поднимают его вверх и удаляют. Вследствие чего котловина все более углубляется.

Горные породы на склонах узких долин часто сглажены и даже отполированы, а весь рыхлый материал с них унесен. В этом немалая роль принадлежит ветру. Из узких щелей, в том числе из дорожных выемок, узких углублений, оставляемых колесами транспорта, ветер выносит частицы, и эти углубления растут. Этот вид разрушения называется бороздовой деятельностью. Другой вид дефляции -плоскостное выдувание. В этом случае ветер сдувает рыхлые породы, например почву, с большой площади.

Большую работу по разрушению горных пород производит корразия. Миллионы песчинок, гонимых ветром, ударяясь в стенку или выступ горной породы, обтачивают их и разрушают. Корразия может быть точечная, царапающая и сверлящая. В результате корразии в горных породах возникают ниши, ячейки, борозды, царапины. В процессе такого обтачивания происходит также образование нового обломочного материала, вовлекаемого в процесс дефляции. Таким образом, процессы корразии и дефляции взаимосвязаны и протекают одновременно.

1.2.2 Перенос материала ветром

Перенос материала ветром может осуществляться в следующих формах: перекатыванием, путем скачкообразных движений и во взвешенном состоянии.

Перекатыванием или скольжением перемещаются крупные зерна песка и, при штормовых и ураганных ветрах, гальки и щебень.

Путем скачкообразных движений (или сальтацией- лат. «сальтатио»-скачок). Таким образом перемещаются зерна мелко- и срелнезернистого песка (размером 0,1-0,5 мм). В процессе сальтации песчаное зерно при порыве ветра отрывается от поверхности (поднимаясь на высоту см-десятки см), описывает в воздухе параболическую кривую, затем, ударяясь о лежащие на поверхности зерна, вовлекают в движение. Фактически движение ветра и переносимых им частиц представляет собой движение ветропесчаного потока. Насыщенность потока песком убывает по мере удаления от поверхности; на высоту более 1м песчаные зерна поднимаются только при очень сильных ветрах. Важнейшим параметром. Определяющим характер ветропесчаного потока, является скорость ветров. Для приведения в движение мелкозернистого сухого песка (с размером 0,1-0,25мм) необходима скорость ветра 4-5 м/ сек, для крупнозернистых песков с диаметром частиц 0,5-1 мм-1--11 м/сек. Как правило. Песчаный материал переносится в пределах пустынь.

Перемещение во взвешенном состоянии характерно для пылевых частиц. Частицы движутся в воздушном потоке (на высоте до 3-6 км) не опускаясь на поверхность до изменения условий (скорости ветра и пр.). Алевритовый и пелитовый материал при благоприятных условиях (сочетание сухого воздуха аридных областей и сильного ветра) может перемещаться на тысячи км. Особенно далеко может переноситься пыль, поднятая на большую высоту при извержениях вулканов. Так пепел вулкана Кракатау во время извержения 1883 года облетел земной шар и находился в воздухе около трех лет, оседая в разных частях планет (иногда в виде «кровавых дождей»). Часто перенос крупных частиц осуществляется ураганами и смерчами.

1.2.3 Аккумуляция и эоловые отложения

Одновременно с дефляцией и переносом происходит и аккумуляция. В результате чего образуются континентальные эоловые отложения. Среди них выделяются эоловые пески и эоловые лессы.

Эоловые пески отличаются значительной отсортированностью, хорошей окатанностью, матовой поверхностью зерен. Это преимущественно мелкозернистые пески, размер зерен которых составляет 0,25-0,1 мм.

Самым распространенным в них минералом является кварц, но встречаются и другие неустойчивые минералы (полевые шпаты и др.) Менее стойкие минералы, такие, как слюды, в процессе эоловой переработки истираются и выносятся. Цвет эоловых песков различный, чаще всего светло-желтый, бывает желтовато-коричневый, а иногда и красноватый (при дефляции красноземных кор выветривания). В отложенных эоловых песках наблюдается наклонная или перекрещивающаяся слоистость, указывающая на направления их транспортировки.

Эоловый лесс представляет своеобразный генетический тип континентальных отложений. Он образуется при накоплении взвешенных пылеватых частиц, выносимых ветром за пределы пустынь и в их краевые части, и в горные области. Характерным комплексом признаков лесса является:

· Мелкозернистый пылеватый состав. Частицы размером более 0,25 мм отсутствуют или составляют не более 5%.

· Высокая пористость-объем пор может достигать 50-55%. Эта особенность определяет способность лессов обваливаться большими глыбами и просаживаться при увлажнении или под нагрузкой (например. Весом построек). Благодаря рыхлости пород они легко разрушаются при дефляции или под действием водных потоков.

· Залегание в форме плащеобразных покровов.

· Отсутствие слоистости и однородность состава.

· Наличие в них горизонтов погребенных почв. Изучение особенностей захороненных в толщах лессов пыльцы и ископаемых моллюсков указывает на их образование в условиях холодного климата. Горизонты почв, напротив, содержат признаки формирования в более теплых условиях. Эта особенность позволила определить, что значительная часть лессов возникла в ледниковые эпохи в приледниковых зонах (а захороненные в них почвы-в период межледниковий).

1.3 Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

Поверхностные текучие воды- один из важнейших факторов денудации суши. Они приводят к расчленению рельефа и понижению поверхности материков. К ним относятся все воды, стекающие по поверхности, начиная от недифференцированных струй, возникающих при выпадении атмосферных осадков и таянии снега, и до постоянных потоков мощных речных систем. Геологическая работа поверхностных текучих вод зависит от массы воды и скорости течения. Она складывается из смыва, размыва (эрозии) пород, по которым протекают воды, переноса продуктов разрушения горных пород и отложения (аккумуляции) этих продуктов. Всю совокупность процессов, осуществляемых поверхностными текучими водами, и образующиеся при этом отложения часто называют флювиальными (лат. «флювиос»-река, поток)

Основой возникновения поверхностного стока являются атмосферные осадки. Выпадая на поверхность суши, часть их стекает по склонам, попадает в ручьи, реки и поступает в море; часть испаряется с поверхности Земли в атмосферу, а часть просачивается (инфильтруется) вглубь и идет на пополнение подземных вод, имеющих в конце концов тоже сток в реки и затем в моря. В этом круговороте четко проявляется взаимодействие атмосферы, гидросферы и литосферы. Таким образом: О(осадки)=С(поверхностный сток)+Ис(испарение)+Ин(инфильтрация, или просачивание). Соотношение этих трех слагаемых не остается постоянным и изменяется в зависимости от ряда факторов, места и времени.

1.3.1 Плоскостной склоновый сток

Плоскостной сток заключается в движении по склону системы струек воды, возникающих в периоды выпадения атмосферных осадков или таяния снега. Живая сила тонких струек воды невелика, но и они при движении способны захватывать часть рыхлого материала, преимущественно мелкого материала, подготовленного выветриванием, и перемещать его вниз по склону. Происходит склоновый площадный смыв. Часть рыхлого материала, захваченного склоновым смывом, отлагается в нижней части склона и его подножия. Подобный процесс получил название делювиального (лат. «делюо»-смываю), а формирующиеся при этом осадки называют делювием. Этот своеобразный генетический тип континентальных отложений был впервые выделен А.П. Павловым в 90-е годы прошлого столетия.

Делювиальные отложения залегают в виде шлейфа с наибольшей мощностью у основания склона. Под влиянием плоскостного смыва крутизна склона постепенно уменьшается, он приобретает плавные очертания и нередко вогнутый профиль. Делювиальные отложения не всюду однородны. Иногда в вершинной части делювиального шлейфа наблюдается относительно более грубый материал-песчаный, ниже он становится все более мелким-супесчатым, суглинистым, глинистым. Местами в составе делювия наблюдаются смытые и переотложенные перегнойные горизонт почв.

По мере выполаживания склона скорость течения водных струек уменьшается и, следовательно, смывается и переоткладывается все более и более тонкий материал. В равнинных странах в составе делювия развиты преимущественно суглинки и супеси, а более грубые осадки или отсутствуют, или содержатся в незначительном количестве.

Наиболее благоприятные условия для делювиального процесса создаются в пределах равнинных степных районов умеренного и субтропического поясов и в зоне сухих саванн, где в кратковременные сезоны выпадение дождей ли таяния снега со склонов смываются рыхлые продукт выветривания. Этому способствует также относительно разреженная травянистая растительность. В горных районах делювиальные отложения накладываются на более мощные гравитационные образования (осыпные, обвальные, оползневые и др.) Дождевые и талые воды, смывающие мелкозернистый материал со склонов, достигают рыхлых грубых осыпных, обвальных и других накоплений и просачиваются в них. Таким образом, постепенно во все поры вмывается мелкоземистый заполнитель. Этот заполнитель делювиального происхождения не имеет здесь самостоятельного значения.



(Схема образования делювия:1- первичная поверхность склона, 2- сниженная поверхность склона в результате плоскостного смыва, 3- делювий)

1.3.2 Деятельность временных русловых потоков

Среди временных русловых потоков выделяются временные потоки оврагов и временные горные потоки. Оба типа потоков не имеют постоянного питания и грунтовыми водами и появляются периодически в периоды дождей и таяния снега.

Временные потоки оврагов. Формирование оврагов начинается с образования эрозионных борозд - переходных форм от плоскостного к линейному размыву поверхности склонов. Борозды возникают за счёт плоскостного стока дождевых и талых вод при слиянии небольших струек в наиболее пониженных участках склона. Дальнейшая эрозия в бороздах проводит к образованию более крупных форм - рытвин. Для рытвин характерны крутые незадернованные борта и продольный профиль, близкий к профилю склона. За счёт наиболее крупных и быстро растущих рытвин в процессе их углубления и расширения образуются овраги, обладающие продольным профилем, отличным от профиля склона. Дно молодых оврагов отличается неровностью. По мере дальнейшего углубления профиль оврага постепенно выравнивается за счёт развития глубинной эрозии, направленной на приближение к уровню базиса эрозии. Верхняя часть оврага представляет собой крутой уступ, за счёт размыва которого овраг продвигается вверх по склону. Такой процесс роста вверх по течению потока называется регрессивной или попятной эрозией. Скорость роста оврагов может быть очень высокой и достигать нескольких метров в год; при разработке промоин, осложняющих склоны оврагов, может возникать ветвящаяся овражная система. По мере развития овраг своим истоком приближается к водоразделу, а устьем к базису эрозии, его продольный профиль приобретает вогнутую форму, а поперечный - V-образным, с крутыми незадернованными склонами. В условиях незначительной скорости углубления происходит расширение оврага, он приобретает U-образный профиль и затем превращается в балку - эрозионную форму, характеризующуюся наличием плоского дна и пологих склонов, закреплённых растительностью.
Водный поток, движущийся по дну оврагов и балок во время дождей и таяния твёрдых осадков, переносит мелкий обломочной материал. В низовьях оврага, где энергия потока снижается, могут образовываться конусы выноса оврагов.

Временные горные потоки. Зарождение временных горных потоков связано с ливневыми дождями и интенсивным таянием снега и ледников. В верхней части горных склонов система сходящихся рытвин и промоин образует водосборный бассейн. Ниже располагается канал стока - русло, по которому движется вода. Значительный уклон русла обуславливает высокую энергию потока, по пути движения он подхватывает большое количество обломочного материала разного размера. Насыщение обломочным материалам может превратить водный поток в сель - временный разрушительный поток, перегруженный грязе-каменным материалом. В грязе-каменном потоке, имеющим значительно большую плотность, чем вода и высокую кинетическую энергию, способны перемещаться даже глыбы, размером до нескольких метров. Сели могут формироваться также при обвале больших масс обломочного материала в горные реки, прорыва ледниковых или запрудных озёр.

При выходе на предгорную равнину скорость водных или грязе-каменных потоков уменьшается, потоки разветвляются, и переносимый материал откладывается, образуя конус выноса временного горного потока в виде полукруга, поверхность которого наклонена в сторону предгорной равнины.

1.3.3 Аккумулятивная деятельность временных русловых потоков

Переносимый временными русловым потоками обломочный материал отлагается в основании оврагов или каналов стока, образуя соответственно конусы выноса оврагов и конусы выноса временных горных потоков. Близкими по механизму накопления и особенностям отложений являются накопления сухих, или субаэральных дельт постоянных горных рек - в областях с аридным климатом некоторые горные реки, разливаясь на предгорных равнинах, иссякают за счёт испарения и просачивания в собственные наносы. Все отложения устьевых выносов временных русловых потоков и отложения субаэральных дельт называются пролювий. Пролювиальные отложения особенно широко развиты у подножия гор в условиях аридного климата, где они слагают мощные конусы выноса и предгорные шлейфы, образующиеся при их слиянии.

Состав пролювиальных отложений меняется от вершины конуса к его периферии от гальки и щебня до песчаных и глинисто-алевритовых осадков в краевых частях. К периферии конусов (по мере снижения энергии потока) уменьшается размер частиц и возрастает степень их отсортированности. Зональность строения и состава отложений (наиболее типичная для сухих дельт) позволяет выделять в строении пролювиальных конусов три фации.

1. Потоковая, формирующаяся при выходе потока на предгорную равнину, где его скорость резко снижается и вследствие этого отлагается наиболее грубый материал. Для этой фации характерны галечники, содержание валуны и песчано-глинистый заполнитель (такие породы называют фангломераты).

2. Веерная, образующаяся при разветвлении единого потока на несколько рукавов. Потоки замедляют скорость, большинство из них иссякает в результате просачивания в собственные наносы и испарения (необходимо отметить, что интенсивному испарению способствует не только климат, но и распадение потока на рукава, что увеличивает площадь испарения). Иссякая, эти медленно текущие потоки последовательно вниз по течению отлагают пески, супеси, суглинки, глины.

3. Застойноводная, образующаяся на периферии конусов выноса, где за счёт временных разливов (при половодьях и паводках) и грунтовых вод возникают мелководные временные водоемы озерного типа. Для этой фации характерны алевритово-глинистые, часто загипсованные и засолённые отложения.

Характерными особенностями пролювия служат:

· Залегание в форме покровов, наличие следов разветвленной сети потоков

· Плохая отсортированность и окатанность

· Окисленность

· Редкость органических остатков

В равнинных областях к пролювию относятся отложения, слагающие конусы выноса крупных оврагов и балок. Они отличаются меньшей мощностью и сложены более мелкозернистым материалом, преимущественно суглинками с гравием и песок.

1.3.4 Деятельность рек

Реками называются естественные водные потоки, текущие в выработанных ими же углублениях-руслах.

1.3.5 Эрозионная деятельность рек

Эрозионная деятельность реки осуществляется несколькими способами:

· При помощи переносимых речным потоком осадков, которые воздействуют на коренные породы ложа реки как абразивный материал;

· За счет растворения пород ложа(важную роль в этом играют растворенные в воде органические кислоты)

· За счет гидравлического воздействия воды на рыхлый материал ложа(вымывание рыхлых частиц)

· Дополнительными факторами могут служить разрушение берегов во время ледохода, термоэрозионные процессы и др.

Эрозия может быть направлена на углубление дна долины- донная (или глубинная) эрозия, или на размыв берегов и расширение долины-боковая эрозия. Эти два вида эрозии действуют совместно.

(Развитие глубинной (а) и боковой (б) эрозии)

Интенсивность глубинной эрозии определяется в первую очередь уклоном русла (и соответственно, энергией потока). При преобладании глубинной эрозии формируются глубокие врезы с крутыми берегами V-образным сечением речной долины, пойма развита фрагментарно (на островах и небольших участках у выпуклых берегов излучин). В рельефе такие участки нередко представлены глубокими каньонами.

Интенсивность боковой эрозии зависит от угла подхода стрежени к берегу. Стрежень - линия, соединяющая точки наибольших скоростей на поверхности воды. На прямых участках стрежень обычно располагается близ середины водотока, в таких условиях боковая эрозия не проявляется. На извилистых участках происходит отклонение стрежени к одному из берегов, что приводит к сжатию потока и его «набеганию» на этот берег, сопровождающемуся размывом последнего. «Прижимание» потока к берегу обуславливает образование циркуляционного течения, донная ветвь которого направлена к противоположному берегу. Поскольку придонные слои наиболее насыщены обломочным материалом ( в том числе и образованным за счет эрозии берега), то происходит перемещение материала от размываемого берега к противоположному, где происходит его аккумуляция в форме прирусловой отмели. Формирование прирусловой отмели приводит к еще большему искривлению русла и отклонению стрежени к размываемому берегу, определяя направление боковой и глубинной эрозии. Наибольшая скорость размыва берега отмечается там, где к нему прижимается стрежень потока. Выше и ниже по течению происходит последовательная смена зоны очень сильного размыва сильным, средним, слабым и, наконец, берег перестает размываться и переходит в прирусловую отмель. Таким образом, изгиб русла приводит к образованию чередующихся вдоль берега зон ускорения и замедления течения и поперечной циркуляции, направленной от вогнутого берега к выпуклому.

1.3.6 Перенос материала реками

Перенос материала реками осуществляется несколькими способами.

Наиболее крупные частицы (гальки) перемещаются волочением по дну или перекатыванием; частицы песчаной размерности - сальтацией.

Тонкие частицы глинистой и алевритистый размерности при скорости потока более 2 см/c перемещаются во взвешенном состоянии.

Значительная часть веществ переносится в растворённом виде. Весь материал, перемещаемый в нерастворённом состоянии, называется твердым стоком. Объём твёрдого стока горных рек значительно выше, чем равнинных: горные реки могут переносить обломочный материал в количестве до 50-60 кг/м³, тогда как равнинные - не более 0,5 -1 кг/м3.

Переносимый речным потоком материал претерпевает механическую обработку - окатывается - за счёт трения о другие частицы и породы ложа.



1.4 Геологическая деятельность подземных вод

К подземным водам относятся все воды, находящиеся в почвах и горных породах ниже поверхности Земли. Они являются частью водной оболочки Земли-гидросферы, будучи тесным образом связаны с поверхностными водами (реками, озерами, морями и океанами) и водами атмосферы. Вследствие такой взаимосвязи подземные воды участвуют в общем круговороте воды в природе.

Подземные воды, их происхождение. Динамика, качественные и количественные изменения во времени являются предметом изучения науки гидрогеологии.

1.4.1 Виды воды в горных породах

1. Вода в форме пара, содержится в воздухе, занимающем свободные от жидкой воды поры и трещины в горных породах. Она находится в динамическом равновесии с другими видами воды в атмосфере и обладает большой подвижностью. Последнее связано с неодинаковой упругостью паров в различных слоях пород и в атмосфере.

2. Физически прочносвязанная вода (гигроскопическая) образуется путем адсорбции молекул парообразной воды на поверхности минеральных частиц горных пород. Она облекает частицы породы одномолекулярной тонкой пленкой, которая прочно удерживается молекулярными и электростатическими силами.

3. Физически рыхлосвязанная вода (пленочная) располагается на поверхности частиц породы поверх прочносвязанной. Она образует более толстую пленку из нескольких слоев молекул и удерживается молекулярными силами. Чем толще пленка, тем меньше молекулярные связи в ее краевой части.

4. Капиллярная вода заполняет частично или полностью капиллярные (лат. «капиллярис»-волоски) трубки, узкие поры и трущинки горных пород и почв и удерживается в них силами поверхностного натяжения (капиллярных менисков).

5. Гравитационная вода (капельно-жидкая) способна свободно перемещаться по порам, трещинам и другим пустотам в горных породах под влиянием силы тяжести или гидродинамического напора.

6. Вода в твердом состоянии в виде кристалликов, прослоек и линз льда может образовываться при сезонном промерзании водонасыщенных горных пород, но особенно развита в областях распространения многолетнемерзлых горных пород ( в Сибири, на Аляске).

7. Кристаллизационная (химически связанная) вода входит в состав ряда минералов и принимает участие в их кристаллической решетке.

1.4.2 Происхождение подземных вод

По происхождению подземные воды разделяются на 4 типа:

Инфильтрационные воды образуются путем просачивания с поверхности дождевых и талых вод, а также вод поверхностных водоемов.

Седиментационные воды- воды, захороненные вместе с осадками в процессе осадкообразования.

Конденсационные воды - подземные воды, образовавшиеся в результате конденсации парообразной воды.

Эндогенные воды- воды. Поступающие из недр планеты; их образование связано с процессами отделения водяных паров от магмы и их конденсации (ювенильные воды), процессами метаморфизма, сопровождающимися дегидратацией минералов и выделением газово-жидких включений, дегазацией мантии.

1.4.3 Классификация подземных вод

Переходя к рассмотрению особенностей залегания и динамики подземных вод необходимо отметить, что горные породы существенно различаются по водопроницаемости. Водопроницаемость определяется пористостью (или трещиноватостью) пород (являющейся отношением объёма всех пор к объёму породы), размером пор или трещин, их связью между собой. Наибольшая водопроницаемость присуща крупнообломочным рыхлым породам (галечникам, гравию), а также сильно трещиноватым породам независимо от их происхождения. Слои горных пород, насыщенные гравитационной водой, образуют водоносные горизонты. В зависимости от характера пустот в водоносных горизонтах подземные воды делятся на следующие разновидности:

· поровые - заполняющие пространство между частицами рыхлых пористых обломочных пород (песков, галечников);

· трещинные - залегающие в трещинах массивных скальных пород (кристаллические породы, песчаники, массивные известняки);

· карстовые (трещинно-карстовые) - залегающие в пустотах и полостях, образованных в результате растворения пород (присутствуют в растворимых породах - солях, гипсах, известняках, доломитах).

Водопроницаемость снижается по мере уменьшения размера частиц, уплотнения и цементации породы, уменьшения степени её трещиноватости. Практически водонепрницаемыми - водоупоными горизонтами - являются нетрещиноватые массивные породы и глины. Необходимо отметить, что пористость глин может достигать очень высоких значений (до 60% общего объёма породы), однако, ввиду тонкодисперсности породы, поры между слагающими её частицами имеют капиллярный характер и вода в них удерживается силами поверхностного натяжения, не фильтруясь через породу.

По условиям залегания, питания и движения среди подземных вод выделяются несколько разновидностей.

Наиболее близко к поверхности располагаются почвенные воды, образующиеся за счёт увлажнения почв атмосферными осадками и конденсации влаги из воздуха. Это воды висячие, не подстилаемые водоупорными горизонтами. Они имеют большое значение в питании растений и процессах выветривания содержащихся в почве минералов, но хозяйственного значения не имеют.

Ниже зоны почвенных вод располагается толща практически сухих пород, содержащих в небольших количествах плёночную воду. Если в этой толще имеются прослои или линзы водоупоров, то в периоды обильной инфильтрации (просачивания) атмосферных и поверхностных вод (периоды дождей, таяния снега, половодий и пр.) над ними происходит образование временных скоплений гравитационных вод. Мощность пород, насыщенных такими водами не превышает обычно 1 м. Эти временные водоносные горизонты называются верховодки.

Первый от поверхности Земли постоянно существующий в пределах рассматриваемой территории водоносный горизонт называется горизонтом грунтовых вод. Верхняя граница зоны постоянного насыщения пород грунтовыми водами носит название зеркала (или уровня) грунтовых вод. Питание грунтовых вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, талых вод, вод поверхностных водоёмов. Мощность водоносного горизонта непостоянна и изменяется как по площади (в зависимости от рельефа), так и во времени (в зависимости от количества атмосферных осадков, режима водоёмов). Колебание уровня грунтовых вод во времени определяет наличие так называемой зоны периодического насыщения, находящейся непосредственно над зоной постоянного насыщения и являющейся водоносной в периоды повышения уровня грунтовых вод.

Водоносные горизонты, залегающие ниже горизонта грунтовых вод, разделяющиеся пластами водоупорных пород называются межпластовыми водами. Последние, в свою очередь, разделяются на межпластовые безнапорные и межпластовые напорные (или артезианские) воды.

Таким образом, по условиям залегания можно выделить две главные зоны распространения подземных вод - зону аэрации и зону насыщения. Зона аэрации - пространство от поверхности Земли до зеркала грунтовых вод, в котором происходит инфильтрация вод с поверхности. К водам зона аэрации относятся почвенные воды и верховодки. Зона насыщения - пространство ниже зеркала грунтовых вод, где находятся постоянно действующие водоносные горизонты. К водам зоны насыщения относятся грунтовые и межпластовые воды.

...