ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВОД ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА

 

План лекции

 

6.1. Общие сведения о геологической работе вод поверхностного стока.

6.2. Закономерности процессов эрозии.

6.3.Аккумулятивная работа русловых поверхностных вод.

6.4. Геологическая деятельность ледников.

6.5. Денудация материков.

 

6.1. Общие сведения о геологической работе вод поверхностного стока

 

Осадки, стекающие по поверхности суши в виде дождевых и снеговых вод, составляют ПОВЕРХНОСТНЫЙ СТОК. Суммарное количество воды, ежедневно стекающей с континентов в Мировой океан достигает 37 тыс.км³.

Поверхностный сток в зависимости от характера отекания вод делят на ПЛОЩАДНОЙ и РУСЛОВОЙ, или ЛИНЕЙНЫЙ. В первом случае основным источником питания являются атмосферные осадки и сезонное таяние снега. Эти воды на ровных пологих склонах растекаются в виде многочисленных струек. Живая сила таких струек везде одинакова. Наиболее благоприятные условия для такого стока создается в пределах равнинных степей районов умеренного и субтропического поясов, в горных районах, на берегах оврагов и речных долин. Процесс плоскостного смыва, совершаемый на склонах дождевыми и талыми водами, называется ДЕЛЮВИАЛЬНЫМ (лат, «делюо» - смываю).

В другом случае поверхностные воды в виде линейно вытянутых струй и потоков собираются в определенные русла: рытвины, ложбины, овраги и речные долины. По времени и результатам своего действия русловые потоки делятся на ВРЕМЕННЫЕ и ПОСТОЯННЫЕ, и ли ПЕРИОДИЧЕСКИ ДЕЙСТВУЮЩИЕ.

Среди временных потоков выделяются потоки равнинных территорий, благодаря которым формируются овраги, и горные потоки. Они образуются за счет атмосферных осадок, таяния снегов, а иногда питаются подземными водами.

Постоянными водотоками поверхностного стока являются реки. Их питание осуществляется за счет атмосферных осадков, подземных вод, ледников, озер и болот. В зависимости от характера питания меняется и режим рек, количество воды, уровень и скорость течения.

Для каждой реки в течение года характерно чередование периодов ВЫСОКОГО (паводок или половодье) и НИЗКОГО (межень) уровня воды, вызванное изменением количества воды в реке. В период половодья скорость потока возрастает в 3-4 раза. Скорость потока зависит от поперечного сечения реки. Максимальная скорость наблюдается в наиболее глубокой части потока, и называемой СТРЕЖНЕМ.

В зависимости от характера рельефа реки разделяются на равнинные и горные. РАВНИННЫЕ реки текут в неглубоких и широких долинах, заполненных рыхлыми отложениями. Для них характерны малые русловые уклоны и спокойное течение. ГОРНЫЕ реки протекают в глубоких, узких долинах, часто с каменным ложем. Для них характерны большой уклон русла, быстрые течения, частые пороги и водопады.

Независимо от типа реки в ней принято выделять три части: ВЕРХНЕЕ ТЕЧЕНИЕ, или верховодье, примыкающее к истоку, СРЕДНЕЕ и НИЖНЕЕ ТЕЧЕНИЕ, или низовье, заканчивающееся устьем - местом впадения реки в какой-либо водоем.

Любая река характеризуется протяженностью, площадью бассейна, или водосбора, и расходом воды. Самой протяженной рекой мира является Миссисипи с Миссури (7330 км) самой большой площадью бассейна обладает Амазонка (7000 км²),самый мощный расход воды у Амазонки (120000 м³/с).

6.2. Закономерности процессов эрозии

 

Разрушительная деятельность вод поверхностного стока заключается в плоскостном смыве продуктов выветривания со склонов возвышенного участков рельефа и русловым размыве горных пород водными потоками (эрозионные процессы).

При плоскостном смыве временные потоки захватывают часть рыхлого материала и перемещают его к основанию склона. Благодаря этому происходит общее выравнивание поверхности континентов. Интенсивность смыва определяется объемом стекающей воды, крутизной склонов и отсутствием на пути движения растительного покрова.

Делювиальный снос является весьма угрожающим для сельского хозяйства и горного производства. Со склонов смываются плодородные почвы; борта карьеров, сложенные рыхлыми породами, переувлажняются, что приводит не только к смыву верхнего подвижного слоя, но и к созданию условий для водно-гравитационных процессов (оползней, оплывин),

Русловой (линейный) размыв водными потоками развивается в соответствии с физическими законами гидродинамики и осуществляется в процессе взаимодействия между силами текучей воды и сопротивлением размыву горных пород. Работа текучей воды определяется энергией потока (живой силой - ) и зависит от скорости течения, которая прямо пропорциональна уклону ложа, а также от массы воды в потоке. Вся работа потока, начиная от явлений смыва и размыва и кончая явлениями шлифования и царапания русла, называется ЭРОЗИЕЙ (лат." еrodo" -размываю). Следовательно, понятие эрозии объединяет следующие явления: 1)смыв и размыв горных пород силой водного потока; 2) шлифованием и царапанием дна русла переносимым потоком минеральных частиц ( КОРРАЗИЯ) и 3) химическое растворение (коррозия) горных пород водным потоком.

Различные породы в зависимости от их состава и структурно-текстурных особенностей, начинают размываться при различных скоростях движущейся в потоке воды. Так, глинистые породы разрушаются при скорости потока 0,15 м/с, песчаные - 0,3-0,4 м/с, слабо сцементированные конгломераты - 1,0-1,2 м/с, слюдяные сланцы - 1,5-1,8 м/с,габбро-3,0-3,2 м/с

Захваченные потоками воды минеральные частицы и их растворы переносятся вниз по течению. При этом перенос материала осуществляется:!) во взвешенном состоянии (в виде мути, суспензии); 2) во влекомом состоянии - путем перекатывания по руслу волоком ; 3) в растворенном состоянии. Транспортирующая сила водяного потока пропорциональна шестой степени скорости течения.

На разных стадиях развития водного потока его эрозионная деятельность меняется не только по величине, но и по своей направленности. Различают два вида его эрозии - глубинную и боковую. ГЛУБИННАЯ, или ДОННАЯ эрозия характеризуется процессами размыва и углубления дна ложа потока (врезание потока в породы дна) силами движущиеся воды. БОКОВАЯ эрозия выражается в разрушении водными потоками основания стенок эрозионной борозды, вследствие чего происходит расширение русла потока.

В начальные стадии развития разрушительная деятельность водного потока начинается с глубинной эрозии. Уровень углубления ложа потока, ниже которого прекращается эрозионная деятельность потока, называется БАЗИСОМ ЭРОЗИИ. Для большинства водных потоков на континентах базисом эрозии является уровень Мирового океана, называемый абсолютным базисом эрозии. Кроме того существуют местные базисы эрозии, представляющие собой уровни водосборных элементов.

Скорость врезания зависит от состава горных пород. На участках водного потока, где выходят на поверхность кристаллические массивные породы, образуются пороги и перекаты.

Общая закономерность эрозионных процессов заключает в прорытии склона текучими водами от устья к верховью и начинается от определенной точки, находящейся у подножия склона или же на уровне водосборного бассейна.

В верховодье потока происходят смыв и размыв русла, и вынос продуктов смыва и. размыва. В среднем течением поток лишь переносит материал, поток на этом уровне не углубляет русла и отлагает наносов. В нижнем течении происходит

намыв, отложение материала. Границы отмеченных частей потока во времени перемещаются в направлении, обратном течению потока. Состояние потока, при котором четко выделяются три отмеченные части, называется СОСТОЯНИЕ РАВНОВЕСИЯ. Кривая русла в состоянии равновесия потока называется ПРОФИЛЕМ РАВНОВЕСИЯ. Она соответствует условиям минимальной работе водотока по размыву русла.

При приближении продольного профиля к положению профиля равновесия глубинная эрозия замедляется, а освобождающаяся энергия потока расходуется на расширение русла, т.е. поток вступает в стадию боковой эрозии. Согласно действию кориолисого ускорения в северном полушарии Земли на больших реках более интенсивно подмывается правый берег. Течение потока, отразившись от подмываемого берега, отклоняется в противоположную сторону. На возникшем изгибе стержня образуются системы поперечной циркуляции воды.

Образование изгиба русла в одном месте неизбежно влечет возникновение целой серии сопряженных с ним изгибов ниже по течению, так как стрежень будет отражаться последовательно то от одного берега, то от другого.

Русло, благодаря боковой эрозии, не только расширяется, но и приобретает извилистое строение - река МЕАНДИРУЕТ. Дальнейшее расширение ложа потока связано с развитием излучин, меандр и боковым смещением русла.

С расширением русла уменьшается скорость потока и его транспортирующая способность. Это приводит к началу аккумулятивной деятельности.

В деятельности потоков выделяют три стадии, постепенно сменяющиеся по мере выхолаживания уклона:1-стадия молодости - характеризуется поперечным V -образным врезом, преобладает глубинная эрозия; 2- стадия зрелости - русло расширяется, поперечный профиль V -образный, появляется боковая эрозия и 3-етадня, когда достигается профиль равновесия - широкая долина, извилистое русло (стадия старости).

Изменение базиса эрозии ведет к возобновлению донной эрозии. Следствием омоложения долин является образование НАДПОЙМЕННЫХ ТЕРРАС - остатков прежнего днища долин с залегающим на нем покровом осадочных пород, возникающих в результате деятельности русловых потоков.

Каждая терраса состоит из почти горизонтальной площадки, вытянутой вдоль русла реки и уступа, ограничивающего эту площадку со стороны русла. Линия пересечения площадки и уступа называется бровкой, внутренний край площадки - швом террасы.

Образуется терраса в фазу боковой эрозии и аккумуляции вещества. Уступ террасы формируется в последующую стадию углубления русла. В долинах рек можно наблюдать несколько террас. При этом самая низкая терраса, заливаемая в половодье, называется пойменной террасой. Соответственно вышележащие террасы называются надпойменными - первой, второй и т.д.

Временные русловые потоки формируют следующие эрозионные формы рельефа: эрозионные борозды глубиной до 0,5 м; рытвины (до 1-2 м), промоины (до 3-5) и овраги. Русло оврага называется тальвегом.

Реки формируют крупные понижения в рельефе земной поверхности - речные эрозионные долины, в строении которых выделяются русло, днище, склоны и берега.

 

6.3. Аккумулятивная работа русловых поверхностных вод

 

Смываемые струйками дождя и талых вод продукты разрушения горных пород отлагаются в нижних частях склона и у его подножия. Так происходит накопление ДЕЛЮВИЯ (греч.- смытый). Чаще всего он представлен глинистыми породами, включающими обломками твердых коренных пород.

Иной характер имеют отложения временных потоков смывающих материал с горных склонов. Эти потоки имеют характер грязевых потоков несущих огромную массу не только взвешенных частиц, но и искомого материала - гравий, гальку и камни. Такие потоки называют в Средней Азии - СЕЛЯМИ, а в Альпах - МУРАМИ.

При многократном повторении грязевых потоков формируются мощные толщи, называемые ПРОЛЮВИЕМ (промытый).

Отложения сосредоточенных потоков - ручьев, речек и рек называются АЛЛЮВИЕМ (намытый). Эти отложения в долинах и устьях рек в основном в период половодья. На поверхности поймы, где глубина и скорость потока минимальные, отлагается мелкий обломочный материал-песок и пылевато-глинистые частицы. В русле рек откладываются наиболее крупный обломочный материал - гравий, галька, песок.

Русловые отложения, выступающие из-под воды в меженное время в виде удлиненных островков и подводных гряд, называются мелями и косами.

В устье реки происходит образование намытых островков- дельт, разделе иных многочисленными речными рукавами.

 

6.4. Геологическая деятельность ледников

Вода производит огромную геологическую работу не только в жидком состоянии, но в твердом – в виде льда ледников. ЛЕДНИКОВЫЙ (ГЛЕТЧЕРНЫЙ) лед образует крупные естественные скопления - ЛЕДНИКИ, отличающиеся большим разнообразием размеров и форм. В современную эпоху ими занято более 10 % суши земного шара.

Все ледники благодаря пластичности льда и силам тяжести движутся из области накопления льда в область разгрузки, где они постепенно стаивают. Скорость движения ледников зависит от размеров ледника, количества атмосферных осадков, рельефа ледникового ложа, скорости таяния и температуры льда. Средняя часть ледника движется быстрее придонной и боковых частей. Вообще же скорость движения ледников невелика и измеряется десятками и первыми сотнями метров в год.

По виду областей питания и характеру движения ледники подразделяются на два типа: материковый и горный.

Движущиеся ледники осуществляют разрушительную работу и перенос разрушенного материала. Это разрушение получило название ЭКЗАРАЦИИ (лат. «экзарацио» -выпахивание).В результате перемещения материковых ледников мощные толщи льда сглаживают выступы на земной поверхности, а после их таяния остаются отшлифованные породы ложа. При движении материковых льдов происходит ледниковая корразия, в результате которой на сглаженной поверхности пород остаются борозды и царапины.

Материковые льды создают характерные формы рельефа: борозды и котловины заполненные водой; ассиметричные сглаженные холмы - бараньи лбы; курчавые скалы; скалы - "отторженцы" - перемещенные ледниками холмы податливых пород. Под напором льда могут происходить нарушения первичного залегания пород с образованием складок, надвигов и др.

Обломочный материал перемещается льдом частично во влекомом состоянии, часто вмерзшим в лед, частично на поверхности ледников. Весь этот материал вместе с материалом, содранным ледником с ложа уносится вниз, где он откладывается в виде МОРЕНЫ. Грубообломочный материал при этом шлифуется, округляется, покрывается царапинами, превращается в валуны - обязательные части морен. В зависимости от положения обломочного материала в толще движущего льда выделяют донные, поверхностные и внутренние подвижные, а среди поверхностных - боковые и срединные. Для горных ледников характерны всех вида подвижных морен, для материкового льда - поверхностные и внутренние.

Талые воды ледника, размываясь впереди края ледника, откладывают приносимый им взвешенный и влекомый материал. Так происходит накопление ФЛЮВИОГЛЯЦИАЛЬНЫХ отложений, имеющими некоторое сходство с аллювиальными. Те же талые воды доставляют обломочный материал в озерные водоемы. За их счет формируются ОЗЕРНО-ЛЕДНИКОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ. Некоторые из них называются ленточными глинами, имеющими очень тонкую слоистость.

 

6.5. Денудация материков

 

Смываемые и размываемые потоками поверхностных вод рыхлые продукты разрушения горных пород частично отлагаются в руслах поймах, а в основной своей массе выносятся в море. Минеральные массы, выносимые реками в море во взвешенном и влекомом состоянии, составляют твердый сток реки. Те же минеральные вещества, которые выносятся в море в растворенном состоянии, образуют химический сток реки.

Твердый сток всех рек РФ равен 472,3 млн.т в год, что составляет 3,7% твердого стока всех рек земного шара. Химический сток рек нашей страны достигает 374 млн.т в год или 6 % стока всех рек мира. Масштабы денудации территории РФ выражаются 846,3 млн.т в год. Таковы размеры разрушения (денудации) материков.

Следствием таких геологических процессов является общее снижение уровня поверхности суши. Величина этого снижения в среднем оценивается величиной 1 м в течение 12 лет.