Геологическая работа льда

Геологическая работа льда. Большую роль как геологический фактор играет лед. Б природе лед выступает в трех формах в виде грунтового льда, плавучего морского, озерного и речного льда и, наконец, в виде горных и материковых льдов.

Особенно большую работу по разрушению горных пород, переносу обломочного материала и образованию новых сложений осуществляют ледники. Грунтовый подземный лед и многолетняя вечная мерзлота. Во всех странах с холодной зимой почва периодически промерзает с поверхности, и в ней образуется почвенный лед, заполняющий поры грунта. Глубина промерзания тем больше, чем ниже зимние температуры и чем тоньше зимний снежный покров, защищающий почву от крайнего переохлаждения.

В большей части умеренного пояса, где средние годовые температуры положительны, промерзание имеет сезонный характер, и почва вновь оттаивает летом. Это явление носит название сезонной мерзлоты. В областях, где среднегодовая температура отрицательна, ниже зоны сезонной мерзлоты, в зоне постоянных температур, как известно, соответствующих средним годовым, горные породы остаются мерзлыми круглый год. Вода, заключенная в их порах, все время остается в твердом состоянии в виде грунтового, или подземного, льда. В таком случае говорят о многолетней, постоянной или вечной мерзлоте.

Многолетняя мерзлота широко распространена в субполярном и холодно-умеренном климате, особенно в Канаде, на Аляске и в Восточной Сибири. В этих областях вертикальный разрез почвы и подпочвы в схеме имеет следующие особенности. Верхняя часть его мощностью от нескольких сантиметров до 1,5 2 м носит название деятельного слоя. Это слои сезонной мерзлоты, который за лето оттаивает, а зимой замерзает.

Летом деятельный слой обычно целиком насыщен водой или содержит воду в своей нижней части над водоупорными постоянно мерзлыми слоями. Это так называемые надмерзлотные воды. Ниже располагается постоянно промерзший слой различной толщины, не оттаивающий летом, т. е. собственно слой многолетней мерзлоты. Под толщей много летней мерзлоты залегают слюды, находящиеся вне сферы влияния климатических условий, где срезывается уже влияние внутреннего тепла Земли. Здесь циркулируют подземные воды в жидкой фазе, находящиеся обычно под гидростатическим напором, так как сверху они прикрыты водоупорным мерзлотным слоем.

Это так называемые подмерзлотные воды. Воды в жидком состоянии могут залегать в виде линз внутри зоны многолетней мерзлоты, что связано с неравномерным распределением в ней температур. Эти воды называются межмерзлотными водами. Участки талого грунта к которым они приурочены носят название таликов. Межмерзлотные, а иногда и надмерзлотные воды могут временами приобретать напор.

Обычно он возникает осенью и зимой, когда идет промерзание деятельного слоя и таликов Развивающаяся сезонная мерзлота постепенно смыкается с многолетней мерзлотой, но не сразу повсеместно. Во многих местах между ними сохраняются более или менее долю не замерзающим участки, насыщенные водой, которая постепенно сжимается замерзающими и увеличивающимися в объеме окружающими слоями грунта Напор, возникающий при этом, может быть очень значительным Иногда из-за образования трещин в мерзлоте напорные воды внедряются под почву и замерзаю г там в виде крупных линз поднимающих поверхностный слой и носящих название гидролакколитов.

Образующиеся над такими гидролакколитами бугры с ледяным ядром, пли булгунняхи, имеют высоту до 10 м и более. Они представляют собой целые небольшие холмы с довольно крутыми склонами. Покрывающий их лес иногда оказывается наклоненным в разные стороны. Прорыв межмерзлотных и подмерзлотных вод может быть вызван деятельностью человека, например возведением строений, отапливаемых зимой.

Под такими строениями мерзлота подтаивает, и это может открыть доступ к поверхности нижележащих напорных вод. В других случаях напорные воды изливаются на поверхность Земли и образуют н алели часто значительных размеров. Толщина последних достигает 5 м. Площадь их может занижать несколько квадратных километров. ОЗЕРА И БОЛОТА, ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ Озера представляют собой заполненные водой впадины на поверхности суши, имеющие самое различное происхождение.

Изучение озер, их режима, истории развития, условий накопления осадков и связанных с ними полезных ископаемых представляет важную геологическую задачу. Осадки, накапливающиеся в озерах, очень разнообразны и многие из них являются ценным минеральным сырьем для различных отраслей народного хозяйства. В отличие от морей озера имеют относительно небольшие размеры и располагаются в большинстве случаев внутри континентов. Они не связаны, как правило, с Мировым океаном, если не считать искусственного их соединения посредством каналов.

Лишь немногие из озер располагаются вблизи морских берегов и являются бассейнами, отшнурованными от морей и потерявшими связь с ними в недавнем геологическом прошлом. Это реликтовые остаточные озера. Общая площадь озер составляет 2,7 млн. км2, или около 2 всей площади континентов. Гипсометрические озера располагаются на высоте от 5400 м выше уровня моря оз. Хорпатсо в Тибете до 392 м ниже уровня моря Мертвое море. Глубина озер бывает иногда довольно значительной в отдельных случаях дно озерных впадин опущено более чем на 1000 м ниже уровня моря. Данные о некоторых наиболее крупных озерах мира представлены в табл. 2 цифры площадей поверхности озер округлены. Таблица 2 Размеры и глубина крупнейших озер мира Название озераПлощадь в тыс. КМ1Наибольшая глубина в мАбсолютная высота в мКаспийское море394980-28Верхнее82308183Аральское море666853Танганьика 331435773Байкал 311741453Ладожское 182254Балхаш 1926340Онежское 1011033Иссык-Куль 67021609ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ТИПЫ ОЗЕРНЫХ ВПАДИН Озерные впадины могут быть экзогенного и эндогенного происхождения.

И те и другие в свою очередь разделяются на плотинные и котловинные.

Плотинные впадины экзогенного происхождения развиты широко. Их примером является Сарезское озеро на Памире, образовавшееся в 1911 г. в результате обвала скального массива на правом берегу р. Бартанг. При этом обвале в ущелье реки возникла запруда длиной 5 км и высотой 700 м. Река разлилась и образовала озеро, затопив расположенный выше плотины кишлак Сарез. Отсюда озеро и получило название Сарезского.

Наполнение озера продолжалось несколько лет. Длина этого озера 85 км и глубина у плотины около 0,5 км. В горах очень распространены случаи возникновения озер в результате запруды рек конечно-моренными валами отступивших ледников. В настоящее время возникает много искусственных озер водохранилищ при сооружении плотин на реках в целях орошения, а также для получения электроэнергии и регулирования стока вод в реках, мелеющих в меженное время.

Примером таких озер могут служить созданные и создаваемые в бассейне р. Волги Московское море, Куйбышевское водохранилище. Сталинградское водохранилище, Цимлянское на р. Дон, ряд водохранилищ на pp. Днепре, Ангаре и др а также многочисленные искусственные плотинные озера и пруды на многих более мелких реках. ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Эндогенными внутренними процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех своих частях, в том числе и в глубинных.

В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико-химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие последнюю. Вот эти-то преобразующие процессы и называются эндогенными процессами. Наиболее отчетливо эндогенные процессы выражаются в явлениях вулканизма, под которыми понимаются процессы связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.

Явления вулканизма знакомят человека с материей, располагающейся в глубинах земного шара, с ее физическим состоянием и химическим составом Проявления поверхностного вулканизма происходят не повсеместно, а приурочены к определенным участкам земной коры, положение и площадь которых изменялись в ходе геологической истории. Магма, внедряясь в земную кору, очень часто не достигает поверхности, а застывает где-то на глубине, образуя при этом глубинные, интрузивные горные породы гранит, габбро и др Явления внедрения магмы в земную кору получили название, глубинного вулканизма, или плутонизма.

Вторым видом эндогенных процессов являются землетрясения, проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде кратковременных толчков или сотрясений. Явления землетрясений, так же как и вулканизм, всегда поражали воображение человека. В тех случаях, когда толчки приходились на населенные пункты, землетрясения приносили человечеству значительные бедствия гибель многих людей, разрушения построек и т. д. Кроме кратковременных и сильных колебаний типа землетрясении, земная кора испытывает колебания, при которых одни участки ее опускаются, а другие поднимаются. Движения эти совершаются очень медленно со скоростью нескольких сантиметров или даже миллиметров в столетие, они недоступны непосредственным наблюдениям без приборов.

Но так как эти движения совершаются повсеместно и непрерывно в течение многих миллионов лет, то конечные результаты их весьма существенны.

Вследствие этих колебательных движений многие области, ранее бывшие сушей, оказались дном океана и, наоборот, некоторые участки земной поверхности, сейчас возвышающиеся на сотни и даже тысячи метров над уровнем моря, сохраняют свидетельство того, что когда-то они были под водой Интенсивность колебательных движений неодинакова на одних участках земной коры опускания или поднятия более значительны, на других менее значительны.

Одним из самых ярких проявлений внутренних сил являются складчатые и разрывные деформации земной коры. Эти явления, в большинстве случаев недоступные непосредственному наблюдению, хорошо запечатлелись в характере залегания осадочных пород, слагающих земную кору. Осадки морей и океанов выпадая из воды, ложатся обычно ровными горизонтальными пластами. Вследствие же складкообразования эти горизонтально залегающие пласты оказываются собранными в различного вида складки, а иногда разорванными или надвинутыми друг на друга.

Явление смятия и разрыва пластов способствует образованию возвышенностей и гор, впадин и котловин. Многие ученые приписывали явлению складчатых деформаций главную роль в образовании гор, считая, что породы, сминаясь в складки, вспучивают земную поверхность и образуют возвышенности. Этот процесс получил название орогенеза орос по-гречески возвышенность, генез образование. В настоящее время установлено, что в образовании гор колебательные движения играют не меньшую роль, чем складчатые, поэтому термин орогенез, утратив свое первоначальное значение, стал у потребляться реже. Складчатые деформации проявляются только в определенных, наиболее подвижных и наиболее проницаемых для магмы участках земной коры, именуемых геосинклиналями.

В противоположность им устойчивые, со слабой тектонической активностью, области называются платформами. Складчатые деформации, землетрясения и особенно вулканизм способствуют существенному изменению горных пород слагающих земную кору. Вследствие сдавливания они становятся более плотными и твердыми, а под действием высокой температуры обжигаются и даже переплавляются.

Действие паров и газов, выделяемых из магмы, способствует образованию в горных породах новых минералов Все эти явления преобразования горных пород под действием эндогенных процессов носят название метаморфизма. ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ МАГМЫ О свойствах и составе магмы судят по лаве и тем магматическим горным породам, которые образовались в результате остывания магмы. Эти породы по составу очень разнообразны.

Крайними членами ряда магматических пород являются, с одной стороны, кислые и ультракислые породы, с другой основные и ультраосновные. Между этими крайними членами магматических пород существует большое количество переходных пород. Возникает вопрос, была ли родоначальная магма столь же разнообразной, как и кристаллизовавшиеся из нее породы. Некоторые ученые В. Н. Лодочников считают, что в глубине Земли существуют разнообразные магмы, отвечающие по своему составу горным породам.

Большинство ученых Р. О Дели Н Л. Боуэн, А. Н. Заварицкий признают существование одной исходной магмы основной, базальтовой. По мнению других Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, существуют две магмы кислая и основная, что подтверждается также данными геофизики в области материков основные породы слагают более низкую оболочку, а кислые породы более высокую, в области океанических впадин базальтовая оболочка приближается к поверхности Земли. Независимо от этих точек зрения, приходится признавать, что перед своим застыванием магма разделяется по составу, вследствие чего и образуется все разнообразие горных пород.

Процесс разделения магмы носит название дифференциации. Нередко наблюдается, что застывшие в одном и том же магматическом очаге породы бывают резко различны по составу, причем между ними существуют взаимные переходы. Рис 1 Дифференциация магмы в Тагильском массиве 1 дуниты,2 габбро и габбро-диориты,3 сиениты4 граниты, кварцевые диориты В Тагильском габбровом массиве на Урале рис. 1 отчетливо устанавливается разнообразие магматических пород, порожденных единым магматическим очагом.

В центре массива располагаются габбро и габбро-диориты, среди которых местами обнаруживаются ультраосновные породы дуниты. По краям массива наблюдается оторочка из средних пород сиенитов и кислых пород гранитов и кварцевых диоритов. Следовательно, магма перед окончательным застыванием разделилась таким образом, что в центре оказались основные породы, а по краям возникли кислые.

Каковы же причины и характер дифференциации магмы По мнению некоторых ученых, дифференциация магмы происходит в магматическом слое с момента его возникновения путем разделения магмы по удельному весу на более тяжелую, которая опускается вниз, и более легкую, как бы всплывающую кверху. Эта дифференциация носит название гравитационной. Она привела к образованию отдельных слоев земной коры базальтового внизу и гранитного вверху.

Процессы дифференциации магмы происходят в основном вследствие изменения физико-химической обстановки в области магматического очага, например изменения давления или температуры. В связи с огромным давлением вещество на очень больших глубинах, несмотря на высокую температуру, находится в твердом состоянии. В условиях более низкого давления магматическое вещество переходит из твердого в жидкое состояние, и начинается его дифференциация.

Выделяют два типа дифференциации собственно магматическую дифференциацию, т.е. дифференциацию вещества в жидком состоянии, и кристаллизационную дифференциацию, т е. дифференциацию, связанную с образованием кристаллов. Магматическая дифференциация про исходит раньше кристаллизационной. В магматической дифференциации выделяются процессы ликвации и ассимиляции. Ликвация, или расщепление, магмы представляет собой образование двух различных по составу и удельному весу жидкостей. Этот процесс напоминает разделение смеси воды и эфира.

Его можно сравнить также с процессом остывания металлического расплава в домне, при котором происходит распадение на два слоя верхнего шпака и нижнего штейна, не смешивающихся при дальнейшем остывании. Опытным путем Д. П. Григорьевым было показано, что силикатный расплав при участии фтористого кальция, являющегося минерализатором, расщепляется на два слоя. Возможно, что непосредственной. ГЛУБИННЫЙ ИНТРУЗИВНЫЙ ВУЛКАНИЗМ Не вся магма, движущаяся к поверхности, достигает ее. Вследствие отсутствия открытых трещин или недостаточной энергии магма может остановиться внутри твердой оболочки земной коры, где, попав в зоны с иным, более низким тепловым режимом, начинает постепенно остывать