8.2 Овраги и оврагообразование

В результате действия временных водотоков возникают процессы линейной эрозии, направленные в глубь Земли. Эта эрозия приводит к образованию оврагов — сравнительно небольших крутосклонных долин. Обычно овраги возникают в условиях расчлененного рельефа, на склонах возвышенности, по крутым берегам рек, озер и морей. Наиболее интенсивно развиваются овраги в местностях, не покрытых растительностью (залесенные овраги называют балками).

Образование оврагов происходит следующим образом. Атмосферная вода, попадая на дневную поверхность, устремляется вниз по склонам возвышенностей. Максимальные скорость и живая сила воды будут в нижней части склона. Вначале здесь вырабатывается ложбинка, которая с течением времени растет вверх и углубляется. Со временем эрозией вскрываются водоносные горизонты, способствующие дальнейшему развитию оврага. Таким образом, процесс происходит снизу вверх. Продольный профиль равновесия оврага вырабатывается так же, как и у рек. В соответствии с процессами, протекающими в овраге, его можно разделить на три участка:

верхний — происходит размыв дна, т. е. донная эрозия;

средний — осуществляется перенос продуктов разрушения;

нижний — идет накопление осадков.

Осадки, откладывающиеся в оврагах, называются овражным аллювием. В устье они образуют конус выноса, который мы изучали в маршруте №8 в точке наблюдения №29 в музее-заповеднике «Коломенское». В Дворцовом овраге в левом борту в устье примыкающего к оврагу отвержка познакомились с конусом выноса обломочного материала. Ширина конуса 20-25 м, относительная высота 4-5 м.

Наиболее активная зона оврага — его верховье. Именно здесь наблюдается интенсивный рост и движение оврага вперед. Обычно овраг имеет несколько отвержков, которые все вместе образуют овражную сеть. Последняя часто наблюдается по крутым берегам рек.

Различают молодые (растущие) и старые овраги. Молодые характеризуются интенсивной глубинной эрозией и V-образным сечением. Старые овраги имеют U-образную форму, для них характерен процесс отложения овражного аллювия. Овраги могут омолаживаться так же как и реки. При благоприятных условиях рост оврагов происходит с большой скоростью.

Рис. 8.2.1 Аммонитовый овраг в музее-заповеднике «Коломенское»

В музее-заповеднике «Коломенское» мы изучили несколько оврагов: Дворцовый и аммонитовый овраги (см. рис. 8.2.1). Дворцовый овраг крупный, имеет протяженность около 1 км и ряд отвержков. По дну оврага течет ручей. Левый борт оврага в его устьевой части террасирован, возможно, искусственно. Правый борт оврага укреплен противооползневыми стенками и ячеистыми сетками. Изучая аммонитовый овраг в точке наблюдения №31, мы обнаружили в правом борту выход на поверхность плотных черных глин.

9. Геологическая деятельность подземных вод

Все воды, находящиеся в земной коре ниже её поверхности, называются подземными. Вместе с поверхностными и атмосферными водами они формируют водную оболочку планеты - гидросферу.

Изучением происхождения, состава, условий залегания, динамики подземных вод занимается отдельная геологическая наука – гидрогеология.

Виды воды в горных породах:

1. Прочносвязанная (гигроскопическая) вода - образуется из паров воды, проникающих в поры горных пород вместе с воздухом. Выделить гигроскопическую воду из породы можно лишь путем нагревания последней до температуры более 100^оС, при которой вода переходит в пар. Этот вид воды особенно характерен для тонкодисперсных пород (глины, суглинки и т.д.)

2. Рыхлосвязанная (пленочная) вода – образуется по мере увеличения количества адсорбируемой влаги, когда на поверхности минеральных частиц поверх гигроскопической воды формируются более толстые пленки из нескольких молекулярных слоев, которые удерживаются силами межмолекулярного взаимодействия.

3. Капиллярная вода – частично или полностью заполняет мельчайшие трещины и поры горных пород, удерживаясь силами межмолекулярного притяжения.

4. Гравитационная (капельно-жидкая) – возникает при полном насыщении всех пор и трещин в горных породах водой и свободно перемещается в них под действием силы тяжести.

5. Химически связанная вода – входит в состав кристаллических решеток некоторых минералов или заполняет свободные пространства в них. Удаляется из пород либо при нагревании, либо при полном химическом разложении минералов.

Помимо жидкой воды, в породах присутствует вода, находящаяся в газообразном и твердом состояниях.

Происхождение подземных вод

В зависимости от происхождения среди подземных вод выделяется несколько типов: инфильтрационные, конденсационные, седиментогенные, магматогенные и метаморфогенные.

1. Инфильтрационные подземные воды – образуются путем просачивания выпадающих на поверхность земли атмосферных осадков вглубь, в водопроницаемые горные породы.

2. Конденсационные подземные воды – формируются в результате конденсации водяных пород, находящихся в трещинах и порах горных пород.

3. Седиментогенные подземные воды – образуются вследствие захоронения вод древних морских бассейнов совместно с накопившимися в них осадками. Часто их называют также реликтовыми или погребенными.

4. Магматогенные подземные воды – по происхождению связаны с магматическими расплавами, которые могут содержать до 7-10% водяных паров (конденсация водяных паров магмы при её охлаждении).

Условия залегания подземных вод

В зависимости от условий залегания подземные воды делят на напорные и ненапорные.

Ненапорные воды находятся в горных породах без напора, они не целиком заполняют водоносный пласт. Поверхность, отделяющая водоносные горизонты (слои водонепроницаемых пород, пустоты которых заполнены гравитационной водой) сверху, называется зеркалом вод. При горизонтальном положении зеркала подземные воды образуют бассейн подземных вод.

Ненапорные подземные воды делят на грунтовые, межпластовые, верховодку и почвенные.

1. Грунтовые воды – это первый от поверхности земли водоносный горизонт. Грунтовые воды (см. рис.9.1) широко распространены и могут накапливаться как в рыхлых пористых, так и в трещиноватых или закарстованных горных породах. Особенностью грунтовых вод является отсутствие у них водоупорной кровли, что обуславливает их питание на всей площади распространения водоносных пород. Питание происходит в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков, местами за счет просачивания вод рек, озер и других водоемов.

Рис. 9.1. Грунтовые воды

2. Межпластовые воды – залегают между двумя водоупорами и полностью не заполняют водоносный пласт. Обычно встречаются в условиях расчлененного рельефа. Область питания межпластовых вод находится в месте выхода водопроницаемых пород на дневную поверхность или там, где верхний водоупор отсутствует.

3. Верховодка – образуется в зоне аэрации, когда в её пределах локализуется линза непроницаемых пород. Атмосферные осадки, проникающие в зону аэрации, задерживаются на поверхности таких линз. Возникший подобным образом горизонт верховодки непостоянен и ограничен в распространении.

4. Почвенные воды – располагаются у самой поверхности, насыщая почву.

Напорные подземные воды находятся под давлением и обладают определенным напором. Их можно разделить на воды с местным напором и артезианские.

1. Воды с местным напором – появляются в тех случаях, когда в верхней части горизонта грунтовых вод имеется линза непроницаемой породы, занимающей часть зоны аэрации.

2. Артезианские воды – содержатся в пластах, залегающих моноклинально или в виде крупных платформенных синклиналей. Размеры многих артезианских бассейнов достаточно велики и содержат большое количество воды, пригодной для питьевого и промышленного водоснабжения.

Источники

Всякий выход подземной воды на поверхность называется источником или родником. Количество воды, которое он дает за единицу времени называется дебитом источника.

В зависимости от происхождения выделяют вадозные ( с нормальной минерализацией и температурой), ювенильные (с большим содержанием солей и с более высокой температурой) и смешанные.

В зависимости от направления течения воды источники делят на нисходящие и восходящие.

Результаты геологической деятельности подземных вод

Подземные воды, двигаясь по пластам-коллекторам, совершают разрушительную, транспортирующую и созидательную работу.

Их разрушительная работа заключается в растворении (выщелачивании) горных пород, гидратации, окислении и гидролизе.

Транспортирующая деятельность подземных вод сравнительно невелика и состоит в переносе продуктов разрушения в растворенном состоянии. При изменении термобарических условий растворяющая способность подземных вод может снижаться, а растворенные в ней соли выпадать в осадок, формируя специфические горные породы (известковые и кремнистые туфы, кристаллы поваренной соли, железистые и марганцевые руды, кремень, халцедон, опал, барит, пирит, марказит).

Также в подземных условиях в различных пустотах из воды кристаллизуются кальцит, арагонит, кварц, горный хрусталь, флюорит.

В результате геологической деятельности подземных вод возникают суффозия, плывуны, оползни, карст.

Суффозия – вынос подземными водами горной породы либо в виде механических частиц, либо в растворенном состоянии.

Карст ( химическая суффозия) – процесс выщелачивания горных пород подземными водами. Наиболее подвержены карстоообразованию известняки, доломиты, гипс, каменная соль. В результате выщелачивания в породах образуются пустоты, воронки, пещеры, а на их поверхности – воронки, борозды, каньоны.

Карстовые воронки возникают при углублении и расширении трещин, иногда они образуются провальным способом.

Оползни – это естественное перемещение массы горной породы под действием собственной массы, подземных вод. Происходит оно при наличии в разрезе пластинных глин. Данный процесс возникает на склонах возвышенностей, на крутых берегах оврагов, рек, озер и морей. Оползневые процессы создают специфический оползневой рельеф, характеризующийся террасовидными уступами, трещинами, стенками отрыва, разнонаклонными стволами деревьев (пьяный лес).

В нашем наших маршрутах №4 и №5 мы наблюдали геологическую деятельность подземных вод. В точке наблюдения №9 подземные воды выходят с карстовых воронок (см. рис.9.2), образовавшихся в известняках нижнего карбона, размер воронки первой 10x12 м, а второй 3x5 м. Воды источников сливаются в общий ручей. Вода прозрачная, слегка отдает сероводородом, температура 8 ^оС. Дебит источника составляет 10 м/с. Склоны воронок покрыты темным налетом серных соединений, что свидетельствует о восстановительной среде выходящих на поверхность подземных вод. Берега ручья и дно имеют бурый налет, что свидетельствует об окислении железа и образовании лимонита.

Рис. 9.2. Карстовые воронки

В точке наблюдения №5 на левом берегу реки Мста из пещеры вытекает водный поток, известный под названием подземной реки Панаретки (см. рис. 9.3). Ее воды являются областью разгрузки в карбонатных отложениях. Они каскадом опускаются к урезу воды реки Мста.

Рис. 9.3. Выход подземной реки Панаретка

В точке наблюдения №14 к северу от дороги находится кооптированный источник пресных вод «Святынька» (см. рис.9.4). Он освящен церковью. Обладает целебными свойствами особенно, как говорят, на восходе солнца. Источник вытекает из подошвы двойной надпойменной террасы. Вода прозрачная, пресная, с необычным вкусом, температура 14С, дебит 10 л/с.

Рис. 9.4. Источник «Святынька»

В точке наблюдения №20, находящейся на окраине города Валдай, недалеко от трассы М10 находится источник Святой Марфы. Источник кооптирован, вода источника насыщена ионами серебра.

Так же деятельность подземных источников мы могли наблюдать и в Москве. В музее - западнике «Коломенское» на набережной Москвы реки в точке наблюдения № 27 (см. рис. 9.5)., мы видели серию кооптированных источников. В одном из источников наблюдается незначительный вынос песчаного материала.

Рис. 9.5. Источник на набережной Москвы реки

Рис. 9.6. Источники в музее	заповеднике «Коломенское»

Чуть дальше в 400 метрах от Дворцового оврага в точке наблюдения № 29, отмечаются многочисленные выходы грунтовых вод, источники которых кооптированы и называются святыми. В настоящее время они не функционируют, что говорит о том, что они верховодные (см. рис. 9.6).