Общая Геология 2

различных типов характеризуются набором горизонтальных слоев, называемых

генетическими горизонтами (рис. 5.4):

А – гумусово-аккумулятивный поверхностный горизонт, в котором скапливаются органические вещества и элементы питания для растительности Е - элювиальный или горизонт вымывания. Назван так потому, что нисходящий поток воды вымывает из него Fe, Mn, Ca, Mg.

В – иллювиальный или горизонт вмывания, т.к. в нем накапливаются вещества, вымытые из горизонта Е.

ВСа – горизонт скопления карбонатов кальция

G - глеевый горизонт с восстановительной обстановкой, в которой Fe3+ восстанавливается до Fe2+

C и D – почвообразующие и подстилающие горные породы

Эти генетические горизонты в разных почвах различаются между собой и их сочетания отличаются большим разнообразием, но, что важно, наличие одного горизонта обусловлено существованием другого, например, иллювиальный горизонт В, в котором накапливаются вещества, не может существовать без горизонта Е, из которого эти вещества вымываются.

Рис.5.5. Нормальный почвенный профиль. Горизонты: А0 – неразложившиеся или слабо разложившиеся органические остатки,

А1 – гумусовый, А2 – элювиальный, или почвенного выветривания, В – иллювиальный, или горизонт вмывания, С – коренные породы

Во всех типах почв, в черноземах, подзолистых, тундровых, каштановых, тропических и субтропических, торфянистых, солончаковых, пойменных и других, содержатся все известные химические элементы. Первое место занимает кислород, затем кремний, алюминий и железо. Все остальные элементы в сумме не превышают 5-6%, однако в торфянистых почвах много углерода. В каждом типе почв много органических веществ, но не тех, которые содержатся в растительных и живых организмах, а вновь образовавшихся. Это, прежде всего, гуминовые кислоты и фульвокислоты, являющиеся характернейшей особенностью почв. Гуминовые кислоты – темные органические соединения с 50-60% углерода и еще многих веществ. Темная окраска обусловлена длинной цепью сопряженных двойных связей –С =С – С = С -. Именно они придают

черноземным почвам черный цвет Гуминовые кислоты растворимы только в водных растворах щелочей, а фульвокислоты также и в воде.

Второй важнейшей составляющей любых почв является фракция, размер частиц которой 0,002-0,001 мм, состоящих преимущественно из глинистых минералов, например, каолинита и монтмориллонита. Присутствуют также частицы кварца, полевых шпатов, слюд, а в засоленных почвах – минералы – соли NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2, которые в период дождей растворяются, а в сухое время кристаллизуются.

Хорошие черноземные почвы – это основа плодородия, дающего возможность существованию человека. Деградация почв представляет собой катастрофу, вызываемую эрозионными и дефляционными (дефляро – сдувать,лат.) процессами, засолением, техногенными воздействиями. Почвенный гумус аккумулирует в себе колоссальные запасы углерода и биогенных элементов, а, следовательно, он является и аккумулятором солнечной энергии. Почвенный покров Земли обеспечивает существование биоценозов и является необходимым условием существования жизни на Земле. В почве непрерывно протекают сложные обменные процессы, в результате которых свойства почв меняются и может происходить саморазвитие почв. Почвенный покров создается тысячелетиями, но неразумная техногенная и сельскохозяйственная деятельность может разрушить его в считанные годы, несмотря на то. Что почвы, даже черноземы, способны к самовосстановлению – гомеостазу.

Следует отметить, что во многих разрезах четвертичных отложений наблюдаются горизонты погребенных почв, т.е. таких, которые уже не входят в сферу биологического круговорота, они не могут продуцировать гумус и являются «мертвыми» почвами.

Глава 6. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕКУЧИХ ВОД

Водные потоки производят огромную геологическую работу на поверхности суши. Реки, ручьи, ручейки переносят основную массу продуктов выветривания, вынося их в озера, моря и океаны. Ежегодный твердый сток (вынос) всех рек в мире оценивается цифрой около 17 млрд. т, что намного больше, чем переносится всеми другими геологическими агентами, например, ветром и ледниками. Реки, как известно, бывают крупными - Волга, Днепр, Лена, Обь, Енисей, Миссисипи, Нил, Хуанхэ, Ганг и другие с мощным постоянным водотоком, а бывают и мелкими, небольшой длины. Иногда водотоки носят временный, но бурный характер, особенно в горных районах после ливней или во время таяния снегов. Вода, выпадая в виде атмосферных осадков, просачивается в верхние слои земной коры, образуя грунтовые воды, которые и дают начало рекам.

Затем из них, озер и морей вода испаряется, снова выпадая на поверхность суши. Так осуществляется круговорот воды.

В цифрах круговорот воды в гидрологическом цикле выглядит следующим образом. С поверхности океана ежегодно испаряется 455 км3 воды, с поверхности суши – 62 км3. На поверхность океана выпадает 409 км3 осадков, суши – 108 км3. Река и выносится в моря и океаны 46 км3. Воды океанов составляют 97,5% всего объема на поверхности Земли, ледники – 1,8%, подземные воды – 0,63%, а реки и озера – 0,02% (рис.6.1.1).

Дождевая эрозия. Любой дождь производит большую работу. Так, средний по мощности ливень с диаметром капли в 0,27 см и конечной скоростью капли при падении на землю в 7 м/с, способен произвести работу, эквивалентную подъему слоя почвы в 10 см на высоту в 2 м. Падающие капли, выбивая тонкий пылеватый материал, оставляют на поверхности маленькие столбики почвы, прикрытые сверху более крупными камушками или частицами почвы, а вода стекает по уклону безрусловыми тонкими струйками, которые несут с собой мелкий обломочный материал и образуют делли – плоскодонные

неглубокие ложбины. Более глубокие промоины – борозды и рытвины, дают начало овражной сети. Если склон покрыт густой растительностью, то вода, стекая

Рис. 6.1.1. Схема гидрологического цикла

по нему, не вымывает почву, т.к. травяной покров этому препятствует. Но в степных районах ручейки на склонах осуществляют уже большую работу, смывая много почвенного материала. Происходит, как говорят, плоскостной смыв, продукты которого, накапливаясь на вогнутых частях склонов или у их подножья, называются делювием ( лат. Deluo – смываю) (рис. 6.1.2).

Рис. 6.1.2. Накопление делювиальных отложений у подножия склона. Точки – делювий: 1, 2 - стадии смыва материала со склона, 3 – коренные породы

Делювиальные шлейфы суглинков и супесей обычно широко развиты в равнинных, слабохолмистых областях, а также в горных районах. Т.к., делювиальные отложения формируются плоскостным смывом, в их структуре наблюдаются следы водной сортировки, обогащение отдельных слоев мелкими обломками, дресвой, причем вниз по склону размер обломков уменьшается. Слоистость в делювиальных отложениях всегда параллельна коренному склону и в разрезах делювия нередко наблюдаются горизонты погребенных почв, свидетельствующих о периодах более влажного климата, когда делювиальные шлейфы покрывались растительностью. Мощность делювиальных отложений обычно составляет первые метры, но порой достигает и 15-20 м.

6.1. Временные водные потоки.

Временные водные потоки возникают при выпадении атмосферных осадков или при таянии снегов. В остальное время сток в равнинных условиях приводит к формированию оврагов, т.к. отдельные безрусловые потоки сливаясь в более крупный ручей, способны размывать склоны, эродировать их (лат. «эродо» – размываю), образуя уже более глубокие борозды – зарождающиеся овраги. Учение о формировании и развитии оврагов хорошо разработано русскими учеными А.П.Павловым и В.В.Докучаевым.

Образование оврага начинается с неглубокой борозды или рытвины на склоне. В дальнейшем борозда наряду с углублением, наращивает свою долину как вверх, так и вниз

по склону. Продольный профиль зарождающегося оврага в это время неровный, а его устье еще не достигает подножья склона – базиса эрозии и, как бы «висит» на склоне, поэтому и называется висячим. Вершина оврага в это же время продвигается вверх по склону, овраг как бы «пятится». Такой вид эрозии носит название «регрессивной» или «пятящейся» эрозии (рис. 6.1.3). Постепенно овраг своим истоком приближается к

Рис. 6.1.3. Пятящаяся эрозия оврага. Рост оврага происходит в направлении стрелки. 1-4 - стадии роста; 5 – базис эрозии оврага

водоразделу, а устьем – к базису эрозии. Интенсивная эрозия углубляет дно или тальвег оврага, по которому переносится мелкоземистый материал. Достигнув, наконец, своего базиса эрозии, овраг вступает в зрелую стадию своего развития, его продольный профиль приобретает вогнутую форму, а поперечный – V – образную, с крутыми осыпающимися склонами, которые стремятся достигнуть угла естественного устойчивого откоса. Постепенно профиль оврага становится очень пологим в своей нижней части и крутым в верхней. Вода, периодически текущая по дну оврага, переносит мелкий, плохо окатанный

исортированный материал, формируя его скопления около устья, т.н. конус овражного выноса. В южных регионах России и Украины развивается обширная сеть оврагов с расширенным, плоским дном и пологими склонами. Такие овраги называются балками.

Овраги, если с ними не бороться, растут быстро – от 1-1,5 м/год, например, в районе Нижнего Дона, до 3-5 м/год – в Северном Предкавказье. Особенно их рост ускоряется там, где на поверхности залегают рыхлые породы, которые быстро размываются. Регрессивная эрозия может за считанные годы вывести из сельскохозяйственного оборота большие площади пахотных земель, т.к. от главного ствола оврага начинают отходить более мелкие ответвления, а от них – еще более мелкие

искоро все пространство покрывается дренажной сетью промоин, рытвин, отвержков (ответвлений) и оврагов.

Чтобы замедлить или прекратить рост оврагов, следует перегораживать их долины, начиная от верховий, поперечными препятствиями, которые замедляли бы сток воды. Еще лучше ликвидировать в зародыше рытвины и промоины. Многие районы Мира с легко размываемыми породами, например, лёссами и лёссовидными суглинками, покрыты

сплошной сетью оврагов. Такие участки называются бедленды (англ. Бэд – плохой, лэнд – земля, поверхность) (рис. 6.1.4).

Рис. 6.1.4. Бэдленд. Китай

Временные горные потоки. Во многих горных районах под влиянием бурного, летнего таяния снегов и ледников, а также в результате кратких, но сильных грозовых ливней, возникают мощные временные водотоки, нередко содержащие в себе очень много обломочного материала ( до 100-150 кг/м3) и обладающие поэтому большой плотностью, оказывающие разрушительное воздействие на любые препятствия, склоны и русла долин временного стока. Такие высокоплотностные потоки называются селями (арабск. сайль – бурный поток). Когда количество обломочного материала достигает в потоке 80%, это уже не водный, а грязекаменный поток. В таком потоке плывут и не тонут каменные глыбы диаметром до 2-х и более метров (рис.6.1.5).

Сели возникают внезапно и производят большие разрушения на своем пути. Особенно часто их образование связано с прорывом высокогорных озер, расположенных в конечных моренах высокогорных ледников (рис.6.1.6). Летом 2000 г. катастрофические сели прошли на Северном Кавказе, в долине р. Баксан, где были разрушены многоэтажные здания в г. Тырныауз, снесены мосты, размыто сотни метров шоссе. Город Алма-Ата в Казахстане всегда был подвержен сильным селям, спускавшимся по р. Алмаатинка. 8 июня 1921 г. колоссальный сель снес в городе много домов, завалил улицы глыбами камней и оставил много глины и песка на улицах. Были и человеческие жертвы. Каждый год сели приводят к разрушениям и человеческим жертвам в горных районах Таджикистана. Сели – это стихийное бедствие, которое можно предсказать, если создать специальную службу, следящую за опасными местами возникновения селей. Другой способ – это воздвигнуть поперек селеопасной долины высокую дамбу, служащую уловителем селя (рис. 6.1.7). Так поступили в Алма-Ате, с помощью направленного взрыва воздав плотину высотой в 300 м поперек речки Алмаатинки в урочище Медео

выше города. Она выдержала удары многих селей, в том числе гигантского селя летом 1973 г., но потом ее пришлось еще наращивать, т.к. предплотинное пространство оказалось затопленной

селевыми отложениями.

Рис. 6.1.5. А. Грязекаменный поток. «Голова». Чемолган; Б. Вход первой волны грязекаменного потока 15 июля 1973 г. в селехранилище в урочище Медео

Кроме селевых, бурных водных и грязекаменных потоков, в горных областях развиваются также временные водотоки, возникающие во время дождей. Такие водотоки обычно подразделяются на 3 части: 1) верхнюю – водосборный бассейн; 20 среднюю – канал стока; 3) нижнюю – бассейн разгрузки или конус выноса. В плане такой водоток похож на дерево, у которого канал стока – ствол, а верхняя и нижняя часть, крона и корни, соответственно (рис.6.1.8). При выходе на равнину такие временные водные потоки откладывают материал, который они несли, в виде веерообразного в плане устьевого

конуса выноса или фена, или сухой дельты. Подобный материал, еще в 1903 г. геолог А.П.Павлов выделил в особый генетический тип – пролювий (лат. пролюо – промываю). Конус выноса образуется потому, что водный поток при выходе на равнину теряет свою живую силу и взвешенный в нем материал, осаждается. Происходит это в условиях гидродинамической обстановки свободного растекания водного потока. Т.к. скорость течения потока резко падает, то сначала выпадают в осадок наиболее крупные обломки, затем мелкие и дальше всех наиболее тонкие частицы. Поэтому конуса выноса или сухие дельты обладают четкой фациальной зональностью: сначала формируется потоковая, самая грубая фация, потом веерная и дальше всех – застойно-водная, сложенная наиболее тонким материалом (рис. 6.1.9).

Рис. 6.1.6. Селевые выносы в бассейне р. Пестрая. Бассейн р. Иня, южные отроги гор СунтарХаята, Дальний Восток

Рис. 6.1.7. Противоселевые барражи. Бреттервандбах близ Матрия, Восточный Тироль, Австрия

Рис. 6.1.8. Селевой очаг в бассейне р. Кухтуй. Южные отроги гор Сунтар-Хаята, Дальний Восток

Пролювий наиболее характерен для семиаридных и аридных областей, но встречается и в более влажных климатических областях в горных районах, а также и в равнинных, где слагает конусы выноса крупных оврагов.

Рис. 6.1.9. Пролювиальный конус выноса. А – продольный профиль: 1 – наиболее грубые отложения – валунные, 2 – песчанистый материал, 3 – глинисто-песчаный; Б – план. Стрелки – направления движения масс

6.2. Геологическая деятельность рек.

Реки, протекающие на всех континентах, кроме Антарктиды, производят большую эрозионную и аккумулятивную работу. Полноводность и режим рек зависят от способа их питания и от климатических условий. Каждая река в зависимости от поступления в нее водной массы переживает период высокого стояния воды – половодье или паводок и низкого – межень. Для равнинных рек половодье связано с весенним таянием снегов, как это было, например, в катастрофической форме весной 2001 г. на р.Лене, когда вода поднялась на 15 м выше нормы, или в случае летних затяжных дождей и ливней. Так произошло в конце июня 2001 г. в Иркутской области, где оказалось внезапно затопленными десятки деревень и садовых участков. Паводок на горных реках происходит обычно летом, когда быстро таят снега и ледники.