Причины и последствия выветривания

выветривание элювий горный порода

Кора выветривания - это совокупность различных элювиальных образований. Такая остаточная кора выветривания называется автоморфной.

1. Дезинтегрированния;

2. Гидрослюдисто-монтмориллонит-бейделитовая;

3. Каолинитовая;

4. Гиббсит-гематит-гетитовая.

Благодаря присутствию окислов и гидроокислов Al и Fe, элювий верхней части коры выветривания в сухом состоянии напоминает обожженный кирпич, часто образующий панцири и окрашенный в красный цвет. Поэтому такие коры выветривания называются латеритными (латинское - латер - кирпич).

Приведенная зональность представляет собой идеализированную схему, иллюстрирующую общую направленность процесса выветривания. Конкретные климатические условия и состав материнских пород на отдельных участках земной поверхности в различные промежутки геологического времени могли ускорять или задерживать процесс выветривания, в результате чего формировались сокращенные или неполные профили вплоть до образования однозонального профиля коры выветривания. Например, в пустынях и полупустынях элювий состоит преимущественно из различных обломков, щебня, дресвы, образующихся при физическом выветривании. Сокращенные и неполные профили известны в районах с высокими температурами и интенсивного водообмена, где некоторые зоны выпадают вплоть до образования однозонального профиля, состоящего из свободных окислов и гидроокислов Fe и Al, располагающегося на неизмененных породах.

Среди кор выветривания выделено два основных морфогенетических типа: площадной и линейный.

Площадные коры выветривания развиваются в виде покрова или плаща, занимают обширные площади до десятков и сотен квадратных километров на сравнительно выровненных поверхностях рельефа.

Деформация горных пород

В подавляющем большинстве случаев осадочные породы, образующиеся в океанах, морях, озерах, обладают первично горизонтальным или почти горизонтальным залеганием. Если мы видим, что слои залегают наклонно или вертикально, смяты в складки и т.д., т.е. их горизонтальное первичное залегание изменено, обычно говорят, что слои подверглись действию сил, причина возникновения которых может быть разнообразна. Чаще всего имеют в виду силы, приложенные к пластам горных пород либо вертикально, либо горизонтально. Такие силы называются поверхностными, т.к. они приложены к какой-то поверхности пласта горных пород - нижней или боковой. Однако в природе, кроме поверхностных, важную роль играют и объемные силы. Горная порода, например каменная соль, будучи легче окружающих пород, всплывает очень медленно (1-2 см в год), но в течение миллионов лет.

Из физики известно, что изменение объема и формы тела вследствие приложенной к нему силы называется деформацией. Причины деформаций могут быть очень разными. Это и сила тяжести, самая универсальная из всех сил; это и влияние температуры, при возрастании которой увеличивается объем, это и разбухание, увеличение объема пород за счет пропитывания водой; это и просто механические усилия, приложенные по определенному направлению к толще пород, и многое другое.

Если прилагаемая к любому телу, в частности к горным породам, нагрузка возрастает, то тело, сначала деформируемое как упругое, переходит критическую величину, называемую пределом упругости, и начинает деформироваться пластически, т.е. его уже невозможно вернуть в исходное состояние. Если же нагрузку увеличивать и дальше, то может быть превзойден предел прочности, и тогда горная порода должна разрушиться.

1) Складчатые нарушения бывают нескольких видов. Два типа складок являются главными: антиклинальная и синклинальная. Первая складка характеризуется тем, что в ее центральной части, или ядре, залегают более древние породы; во второй - более молодые. Эти определения не меняются, даже если складки наклонить, положить на бок или перевернуть.

У каждой складки существуют определенные элементы: крыло складки, угол при вершине складки, ядро, свод, осевая поверхность, ось и шарнир складки.

Слои горных пород, сминаемые в складку, скользят друг по другу, и при этом в своде складки мощность слоев увеличивается, т.к. материал слоев, раздавливаясь на крыльях, нагнетается и перемещается в своды складок. Такие складки называются подобными, потому что углы наклона всех слоев в крыле складки одинаковы и не меняются с глубиной. Но есть другой тип изгиба, когда, наоборот, мощность слоев остается везде неизменной, но при этом форма свода складки должна изменяться. Такие складки называются концентрическими.

Существует еще один очень интересный тип складок - диапировый. Образуется он в том случае, когда в толщах горных пород присутствуют пластичные и относительно легкие породы, например, такие как соль, гипс, ангидрит, реже глины. Рассмотрим его на примере соли. Плотность соли (2,2 г/см^3) меньше, чем плотность осадочных пород (в среднем 2,5-2,6 г/см^3). В далекие времена ранней Перми на месте Прикаспийской впадины существовала морская лагуна, залив. Климат был сухой, жаркий, и морская вода, попав в залив, периодически испарялась, а на дне откладывался тонкий слой соли. Так продолжалось сотни тысяч лет, и постепенно накапливавшаяся соль образовала пласт мощностью в десятки и сотни метров. Со временем климат и условия изменились и пласт соли, медленно погружаясь, был перекрыт уже другими осадочными породами - песками, глинами, известняками. Но соль легче перекрывающих ее пород, она менее плотная. Возникла инверсия плотности, т.е. легкая масса внизу, а более тяжелая - наверху. Это состояние неустойчиво, и достаточно небольших движений, например поднятия какого-то блока

земной коры под соленосным пластом, как соль начинает перетекать, двигаться и при этом вести себя как очень вязкая жидкость. Как только на пласте соли образуются вздутия, сразу же начинает действовать Архимедова сила и соль благодаря своей относительной легкости движется вверх и всплывает в виде гигантской капли или гриба.

Всплывая, соль приподнимает слои, залегающие выше, деформирует их и прорывает, появляясь иногда на поверхности в виде соляного купола.

Образование диапировых складок и соляных куполов хорошо поддается моделированию в лабораторных условиях, в котором роль соли и осадочных пород играют специально подобранные жидкости с различной плотностью, при этом размер и время формирования модели соляных куполов сокращаются в тысячи раз, но благодаря пропорциональному уменьшению вязкости эквивалентного материала сохраняются условия подобия реальным структурам. Изучение районов с соляными пластами и куполами важно потому, что соль является хорошим экраном или покрышкой для нефти и газа, не пропуская их вверх. Поэтому под солью могут находиться нефтегазовые месторождения.

Чаще всего мы видим смятые в складки слои горных пород в поперечном разрезе, в котором они выглядят наиболее эффектно. Но если разрезать складку в горизонтальной плоскости, то мы получим форму складки в плане. И можно убедиться, что складки в этом сечении также разнообразны: они могут быть вытянутыми, очень длинными, но узкими - линейными или, наоборот, овальными, почти круглыми - брахискладками; иногда они приобретают квадратную форму (в разрезе - корыта или сундуки, о которых говорилось выше). Замыкание антиклинальной складки в плане называется периклиналъю, а синклинальной - центриклиналью. Разнообразие формы складок зависит от свойств горных пород и от направления действия силы, приложенной к пластам.

Как правило, в горных областях наблюдается сложное сочетание складок в большом объеме пород, т.е. все пространство занято складками, переходящими друг в друга. Обычно такое сочетание складок называют полной складчатостью в противоположность прерывистой складчатости, характеризующейся тем, что отдельные складки разделены обширным пространством с горизонтальным залеганием пород, как, например, на Русской плите, где мы наблюдаем пологие отдельные складки, иногда называемые валами. Сочетание складок в областях с полной складчатостью приводит к образованию антиклинориев (с преобладанием антиклинальных складок) и синклинориев (с преобладанием синклинальных).

Механизмы формирования практически всех известных типов складок можно свести к трем главным типам. Первый тип - это складки поперечного изгиба. Они образуются в том случае, когда сила, сминающая горизонтально залегающий пласт, направлена перпендикулярно к нему. Второй тип складок - это складки продольного изгиба. В данном случае силы направлены вдоль пластов по горизонтали. Третий тип складок - это складки течения, или нагнетания. Они свойственны таким пластичным породам, как глины, гипс, каменная соль, ангидрит, каменный уголь. Складки из таких пород отличаются очень прихотливой формой. Надо отметить, что при высоких температурах, которые существуют на глубине несколько километров, пластичными становятся даже такие прочные породы, как кварциты, мраморы, известняки и песчаники.

Таким образом, формирование складок - это сложный и, самое главное, очень длительный процесс. Где мы наблюдаем наиболее сложно построенные складчатые пояса, в которых нагромождение складок занимает огромные пространства? Это прежде всего участки столкновения - коллизии - крупных континентальных литосферных плит, например Евро-азиатской и Африканской, между Азиатской и Индостанской, где возник грандиозный складчатый пояс Гималаев. Или это участки земной коры, в которых океанская плита погружается - субдуцирует в силу своей большей плотности - под континентальную (северо-восточная окраина Азии, Южно-Американские Кордильеры и др.). Именно в этих зонах, хотя и медленно, в течение сотен миллионов лет со скоростью 2-8 см в год, происходит сближение и взаимодействие колоссальных масс земной коры, которые и вызывают смятие, коробление и перемещение осадочных и вулканогенных пород.

2) Разрывные нарушения. Когда превышен предел прочности горных пород, и тогда они должны будут разрушиться или разорваться вдоль некоторой плоскости - образуется разрывное нарушение, разрыв или разлом, а вдоль этой плоскости происходит смещение одного массива относительно другого. Тектонические разрывы, как и складки, чрезвычайно разнообразны по своей форме, размерам, величине смещения и т.д. Для того чтобы разобраться в разрывных нарушениях, надо определить некоторые их элементы, как и в случае со складками. Так, в любом разрыве всегда присутствуют поверхность разрыва, или сместитель, и крылья разрыва, или два блока горных пород, расположенные по обе стороны от поверхности разрыва, которые и подвергаются смещению. Так как в большинстве случаев поверхность разрыва наклонена, то блок пород или крыло, располагающееся выше сместителя, называют висячим - оно как бы «висит» над ним, а блок, располагающийся ниже - лежачим. Перемещение крыльев друг относительно друга по сместителю является очень важным показателем, его величина называется амплитудой смещения.

По амплитуде смещения мы судим о том, маленькое или большое было смещение по разрыву. Но это смещение можно отсчитывать как по сместителю, так и по вертикали и горизонтали.

Существует несколько главных типов разрывов - это сброс, взброс (надвиг), покров (шарьяж) и сдвиг. При сбросе поверхность разрыва наклонена в сторону опущенного блока, при взбросе - наоборот, как и при надвиге, только в последнем случае поверхность разрыва более пологая. У покрова поверхность разрыва близка к горизонтальной. Во всех этих случаях смещение имеет вертикальную и горизонтальную компоненты, а при сдвиге смещение происходит вдоль поверхности разрыва (любого наклона) и имеет только горизонтальную компоненту.

Можно легко убедиться в том, что совершенно безразлично, двигался ли один блок, а другой был неподвижен, или они оба перемещались на одно и то же расстояние, либо на разные расстояния. Важен конечный результат, и всегда сбросом будет называться разрыв, поверхность которого наклонена в сторону относительно опущенного блока или крыла.

В случае покрова (шарьяжа) выделяют автохтон - породы, по которым перемещается тело покрова, и аллохтон, собственно покров. Передняя часть покрова называется фронтом покрова, а обнажающийся автохтон из-под аллохтона в результате эрозии - тектоническим окном. Расчлененные участки фронтальной части аллохтона называются тектоническими останцами.

Разрывные нарушения могут встречаться поодиночке, а могут образовывать сложные системы, например многоступенчатые грабены и горсты.

Грабен - это структура, ограниченная с двух сторон сбросами, по которым ее центральная часть опущена. Если сбросов с двух сторон много и они параллельны друг другу, то образуется сложный многоступенчатый грабен. Прослеживаясь на тысячи километров и образуя сложные кулисообразные цепочки, системы крупных, многоступенчатых грабенов называются рифтами или рифтовыми системами. Хорошо известна Великая Африкано-Аравийская система рифтов, прослеживаемая от южной Турции через Левант в Красное море и далее от района Эфиопии на юг Африки до реки Замбези. Длина такой континентальной рифтовой системы составляет более 6500 км, и образовалась она, по геологическим понятиям, совсем недавно, всего лишь 15-10 млн. лет тому назад.

Горстом называется структура, обладающая формой, противоположной грабену, т.е. центральная ее часть поднята. Это связано с тем, что грабен - провал, связанный с растягивающими усилиями, тогда как образование горста обусловлено сжатием.

Покров. Пожалуй, никакие другие типы разрывов не вызывали таких ожесточенных споров, среди геологов, как покровы. «Родиной» покровов считаются Альпы, где их впервые описали в конце прошлого века.

Покровы и надвиги составляют характерную черту горно-складчатых сооружений, испытавших сильное сжатие, например Альпы, Пиренеи, Большой Кавказ, Канадские Скалистые горы, Урал и так далее. В настоящее время установлены покровы в Аппалачских горах востока Северной Америки, переместившиеся на запад по очень пологой поверхности более чем на 200 км с востока.

Еще более яркий пример - это Скандинавские горы, которые, протягиваясь с юга на север на 1500 км, представляют собой гигантский покров, надвинутый по горизонтальной поверхности с запада, со стороны Атлантики, на древние кристаллические толщи Балтийского щита на расстояние более 250 км. Из-под разрушенного и размытого покрова (аллохтона) местами в тектонических окнах проглядывают породы автохтона, т.е. тех толщ, по которым покров двигался.

Покровы и надвиги интересны тем, что под ними могут залегать важные полезные ископаемые, особенно нефть и газ. Но на поверхности никаких признаков нефти нет, и, чтобы добраться до нее, надо пробурить 3-4 км совсем других пород - аллохтона, что было сделано в Аппалачах и Предкарпатье, да и во многих других местах.

Большие массы горных пород, смещаемые вдоль какой-либо поверхности разрыва, благодаря своему огромному весу оказывают друг на друга мощное давление, под воздействием которого образуется гладкая, отполированная поверхность в горных породах, называемая зеркалом скольжения. Если между перемещающимися блоками горных пород попадают твердые обломки, то на зеркалах скольжения появляются штрихи и борозды, выдавленные этими обломками. Нередко в зоне разрыва наблюдается скопление остроугольных обломков разного размера за счет дробления блоков при смещении, иногда сцементированных глиной, образовавшейся из тонко перетертых обломков. Такие породы называются тектонической брекчией, или милонитом. В крупных разрывных нарушениях мощность милонитов может достигать десятков метров.

Размещено на Allbest.ru