Геологическая деятельность рек.

Река со всеми ее притоками называется речной систе­мой, а площадь, занимаемая речной системой - речным бас­сейном. Площади, занимаемые бассейнами рек, огромны. Самым большим из них является бассейн реки Амазонки (около 7 млн. км ). Бас­сейн р. Волги занимает по своим размерам четырнадцатое место в мире (около 1,4 млн. км ).

Реки представляют собой обычно постоянные потоки, текущие в разработанном ими русле. Характер каждой реки определяется количест­вом протекающей воды, ее уровнем и скоростью течения. Указанные по­казатели изменяются как по сезонам года, так и в многолетнем цикле. Совокупность изменений перечисленных показателей обусловливает собой режим реки.

Площадь земной поверхности, с которой вода стекает в данную реку через притоки, ручьи, потоки и дождевые струи, носит название водо­сборного  бассейна реки.

Различают реки:

а) горные, в которых преобладает ледниковое питание, харак­теризующееся значительным уклоном дна, большой скоростью воды и уз­кой глубокой долиной;

б) равнинные, в которых преобладают снеговое или дожде­вое питание, характеризующееся широкой частью неглубокой долиной и меньшей скоростью воды, чем у горных рек, что связано с небольшим уклоном дна реки.

В соответствии с изменениями уровня воды в реках наблюдается высокий горизонт (соответствующий во многих реках весеннему половодью) и меженный горизонт (наиболее низкий уровень воды в конце лета).

Реки производят большую работу по размыванию земной поверхнос­ти, по переносу и отложению осадков, образуя различные по ширине и глубине речные долины.

В местах их развития выделяют следующие элементы:

В долинах многих рек, текущих по равнинной или слабохолмистой местности, можно наблюдать один или несколько поперечных и продоль­ных уступов, получивших название террас. Различают нижнюю (пойменную) и верхние (надпойменные) поперечные террасы, которых иног­да может быть несколько.

Размывающая деятельность рек, так же как и потоков, связана с количеством движущейся в них воды, с уклоном их дна, с базисом эро­зии и с характером той горной породы, по которой течет вода.

По характеру производимой работы русло реки на всем протяжении можно разделить на три части:

а) верховье, в котором преобладает размыв и унос материала;

б) среднюю часть, характеризующуюся тем, что перенос материала преобладает над размывом, уносом и отложением;

в) нижнюю часть, где преобладает отложение, но вместе с тем наблюдается также и перенос тончайших частиц, уносимых в моря и океаны.

Указанные части реки и характеризующие их особенности могут быть неодинаковы в различных реках.

В связи с большой скоростью течения в верховьях реки наблюдается преимущественно глубинная эрозия, т.е. размывание русла реки вглубь.

В средней, а особенно в нижней части реки, где скорость движения воды становится меньше, наблюдается еще и боковая эрозия, связанная с размывом берегов и расширением русла.

     Наряду с огромной разрушающей работой по размыву земной поверх­ности, реки осуществляют большую работу по перемещению материалов и их отложению. На величину разрушающей и транспортирующей работы рек указывает объем сноса горных пород с поверхности материков всеми реками земного шара. По подсчетам этот снос составляет около 16 млрд. м³ ежегодно. Так, например, Амударья ежегодно выносит в низовье около 570 млн.т веществ, находящихся во взвешенном состоянии, р. Янцзы-2532 млн.т, Дунай - 82 млн.т, Волга-19 млн.т.

Продукты выветривания горных пород перемещаются водой в раство­ренном состоянии (различного рода соли), во взвешенном состоянии (глинистые, пылеватые и песчаные частицы) или путем перекатывания по речному дну более крупных обломков (галька, гравий).

Для переноса минеральных частиц водой требуется определенная скорость течения. Скорость течения реки в различных местах ее попереч­ного сечения различна: у берегов в связи с малой глубиной и трением она обычно наименьшая, в глубоких местах русла - наибольшая. В связи с этим у берегов происходит отложение более крупных частиц, в то вре­мя как в глубоких местах эти частицы еще перемещаются.

Так же изменяется скорость течения реки и в продольном направле­нии; в верховье реки она наибольшая, в нижней части, особенно если река впадает в озеро или замкнутое море, скорость течения сильно падает.

В результате этого происходит сортировка обломочного материала с разделением его по крупности на зерна или частицы, близкие по размерам друг к другу. Так возникают гравийно-галечные, песчано-гравийные, песчаные, пылевато-песчаные, пылеватые и глинис­тые отложения. Такого рода современные или древние отложения в реч­ных долинах получили название аллювиальных.

В зависимости от условий отложений различают несколько видов аллювия. Выпадение осадков может происходить на поймах рек в период паводков, в руслах нижнего течения и, наконец, в устьях рек. В соответствии с этим аллювий может быть пойменным, рус­ловым и дельтовым.

Пойменный аллювий отлагается во время павод­ков на заливаемых пойменных террасах. Так как на поймах скорость течения воды меньше чем в руслах, то обычно в пойменных водах содержатся более мелкие частицы породы чем в русловых.

Пойменный аллювий характеризуется тонкой, почти горизонтальной слоистостью, неоднородностью гранулометрического состава и малой мощностью слоев с характерным линзообразным выклиниванием. Он состо­ит из мелких частиц кварца и глинистых минералов. В накоплении пойменного аллювия могут быть перерывы и на поймах образуются гумосодержащие почвы.

Особую разновидность пойменного аллювия представляет старичный аллювий, откладываемый только в старицах рек. Старицы представляют собой изолированные старые русла рек, в которых вода стоит как в озерах. На дне стариц откладываются илы со значительным количеством органических веществ. В период паводка в старицы посту­пает тонкозернистый песок, который, смешиваясь с илом, образует илистые пески. Грунты старичного аллювия сильно сжимаемы и находятся обычно в текучем или текуче-пластичном состоянии, а поэтому неустой­чивы и обладают ничтожной несущей способностью.

Русловый аллювий откладывается в руслах рек после спада паводковых вод. Чем крупнее частицы породы, тем скорее начинается процесс их осаждения. Для руслового аллювия, так же как и для пойменного, характерны горизонтальная и наклонная слоистость, малая мощность слоев и хорошая отсортированность материала. В отли­чие от пойменного, в русловом почти не встречаются глинистые минера­лы и в основном он сложен песками различной крупности. Другой харак­терной особенностью руслового аллювия является перемещение отложе­ний вниз по реке.

Дельтовый аллювий откладывается в устьях рек при их впадении в моря и озера. В отложениях дельтового аллювия встречаются все песчаные и глинистые фракции. В наиболее удаленной в глубь водоема части дельты характерно образование илов, т.е. гли­нистых отложений в наиболее рыхлой (песчаной) стадии образования.

Образование аллювия горных рек имеет свои особенности. Здесь преобладает не отложение осадков, а размыв. Большой уклон русла создает благоприятные условия для переноса крупных обломков горных пород. Как правило, аллювий горных рек сложен скатанным крупнообломоч­ным материалом (валунами, гальками, гравием, крупным песком) и харак­теризуется большой водопроницаемостью. Скорость фильтрации воды в таких отложениях составляет в отдельных случаях более 100 м/сут.

Аллювиальные отложения горных рек практически следует считать несжимаемыми, что сообщает им большую несущую способность. Особен­ностью этого аллювия по сравнению с аллювием равнинных рек является отсутствие глинистых минералов.

 4. 5. Геологическая деятельность моря.

Океаны и моря занимают около 70,8% земной поверхности и в них    сосредоточены огромные массы воды, составляющие почти 1,4 млрд. км³.

Находясь в непрерывном движении, эти огромные массы воды разру­шают горные породы окружающих берегов, перемещают и истирают продукты разрушения и откладывают их в виде осадков.

Разрушительная работа моря, выражается в разруше­нии берегов прибойной волной и растворении пород. Удары волн дости­гают большой силы. Давление, оказываемое волнами, может составлять 30 т/м и более. Например, в порту Туапсе во время шторма волнами была сброшена бетонная глыба массой 19 т. Разрушительная работа волн усиливается также ударами обломков горных пород, подхватываемых при­боем.

Примером разрушения берега морским прибоем может служить восточ­ный берег Черного моря в районе Гагры, где за 7 лет море разрушило и смыло полосу берега шириной около 200 м.

Образующиеся при разрушении берегов обломки камня подвергаются дальнейшему измельчению волнами, которые у береговой линии постоянно перекатывают обломки по морскому дну то в одну, то в другую сторону. Вследствие трения друг о друга обломки приобретают гладкую, окатанную поверхность. Одновременно объем зерен гравия и гальки все вре­мя уменьшается, а образующиеся при этом тонкие пылеватые и глинис­тые частицы морскими течениями, а также приливами и отливами уно­сятся далеко в море, где и отлагаются на морском дне.

Созидательная работа моря выражается в накоплении отложений из обломочных горных пород, химических и органических осадков, часто преобразующихся в новые по своим свойствам породы.

Крупные обломки горных пород откладываются повсюду, где умень­шается движение воды. Почти вдоль любого морского побережья мож­но видеть прибрежные отложения, состоящие из хорошо окатанных гальки, гравии или песка. Из этих же пород часто образуются косы, песчаные рифы, пересыпки и т.д. В некоторых слу­чаях в этих отложениях принимают участие раковины или их обломки.

Различают следующие виды морских отложений.

Отложения мелкого моря, или шельфа, образуются в прибрежной полосе моря в среднем шириной б0-80 км и глубиной до 200 и, где сказывается действие морских волнений. Эти отложения характеризуются разнородностью состава и частой слоистостью (разнообразные по составу и крупности пески, ракушка, органические и минеральные илы, суглинки и глины) (рис.4. 2).

Отложения материкового склона образуются на глубине от 200 до 2500 м и занимают около 15% площади Мирового океана. Эти отложения представлены различного рода мине­ральными илами, которые после уплотнения образуют толщи глин.

толщи известняков, мела, диатомита, трепела, красных глубоководных глин и др.

Вместе с минеральными частицами вода сносит в море в растворенном состоянии также большое количество различных химических веществ. В морской воде в среднем содержится 3,5% легкорастворимых солей, при этом почти треть из этого количества составляет хлористый натрий.

Отложение легкорастворимых в воде солей чаще всего происходит в лагунах, т.е. частях моря, отгороженных от него песчаными косами. Концентрация солей в воде лагун в результате испарения увеличивается. Часть солей при этом переходит в осадок, отлагающийся на дне.

Область мелководного моря (шельфа) населена большим количест­вом самых разнообразных животных и растительных организмов. После отмирания организмов твердые известковые остатки накапливаются на морском дне, образуя новые отложения. Уплотнение известковой массы, а в последующем ее кристаллиза­ция и химические изменения приводят к образованию известняков. Та­кие породы часто характеризуются высокой прочностью и широко исполь­зуются в строительстве.

 4. 6. Геологическая деятельность озер.

Котлованы, заполненные водой и не связанные проливами с морями и океанами, называют озерами. Озера занимают 2% поверхности суши, а в Финляндии, например, 15% территории страны. Особенно их много в Карелии, Новгород­ской и Калининской областях, а также в некоторых районах Сибири.

Озера имеют различное происхождение. Среди них различают:

- тектонические- во впадинах тектонического происхождения (например: озера Байкал, Ладожское, Онежское, Севан и др.);

- эрозионные- в котловинах размыва;

- карстовые - в заполненных водой карстовых воронках;

- плотинные- или запрудные, образовавшиеся запруживанием рек в результате обвалов и т.д.

По содержанию солей в воде различают озера пресные  и соленые. К пресным озерам относятся те, вода которых содержит солей менее I г/л. Такие озера имеют сток ( Ладожс­кое озеро.).

В соленых озерах содержание солей может быть весьма большим и в некоторых случаях во много раз превышает соленость океанов. Так, в озере Баскунчак в I л воды содержится около 300 г солей, т.е. почти в 9 раз превышает соленость морей и океанов.

Геологическая деятельность больших озер заключается в сортиро­вании и отложении минеральных обломков, которые поступают в них во взвешенном состоянии с водой рек, а также в отложении солей и орга­нических остатков.

Характер осадочных горных пород, образующихся у берегов и на дне озер (глины, суглинки, пески и др.), весьма различен и зависит от характера поступающего материала, величины и глубины озера, климата местности и других причин.

Как правило, у берегов откладывается более грубый озерный и речной аллювий, пылеватые же и глинистые отложения откладываются в средней части озера на дне. При этом дно озера постепенно выравни­вается, а само озеро мелеет. Так Аральское море только от осадков рек Амударьи и Сырдарьи мелеет ежегодно в среднем на 0,5 см. Иногда на дне озер наблюдается образование так называемых ленточных глин, представляющих неоднородное образование, состоящее из чередующихся тонких слоев песчаных (летнее отложение) и глинистых (зимнее отложение) частиц;.

В южных сравнительно небольших соленых озерах вследствие испа­рения воды летом и охлаждения  осенью и зимой могут выпадать в осадок различные соли.

Кроме упомянутых осадков в озерах могут образовываться сапро­пель(гнилостный ил), диатомиты, трепел и другие горные породы. В малых озерах в результате зарастания их болотной растительностью часто образуется торф. Со временем такие озера превращаются в бо­лота.

Образование болот и болотных отложений.Болотами называют избыточно увлажненные участки зем­ной поверхности, с развитой на них специфической растительностью и покрытие торфяниками.

Если избыточно увлажненные земельные площади не имеют слоя торфа или его слой не превышает 30 см, то такие участки называют заболоченными землями.

По условиям залегания, питания и характеру растительности различают болота низинные, верховые, переход­ные.

Низинные болота питаются грунтовой водой, а также дождевыми и талыми водами.

Для верховых болот основным поставщиком воды является атмос­ферные осадки и талые воды. Болота переходного типа имеют смешан­ное питание.

В соответствии с условиями питания низинные болота образуются эаторфовыванием водоемов, а верховые боло­та - заболачиванием суши.

Заболоченные земли формируются на тех участках земной поверх­ности, где наблюдается уменьшение водопроницаемости грунтов. На этих участках грунтовые воды постоянно сохраняют свой высокий уро­вень.

Заторфовывание начинается с берегов мелководного озера и мед­ленно текущей речки. На этих участках разрастается болотная рас­тительность (осока, тростник и др.). Отмирая, растения падают на дно водоема, где из-за недостатка кислорода они не сгнивают, а скапливаются и образуют залежи торфа.

Болота являются неблагоприятными местами для возведения зданий и сооружений. На заболоченных землях вопросы строительства решаются значительно легче, т.к. заторфованные участки можно освободить от торфа и ила до минерального дна.

Глубина болотных отложений имеет решающее значение для выбора типа фундамента и всей конструкции сооружения. По глубине болота подразделяют на мелкие (до 2-х м), средние (2-4 м) и глубокие (бо­лее 4 м).

В строительной практике оценку торфа, как оснований сооружений, часто производят по степени устойчивости торфа, т.е. состоянию их консистенции. Сжимаемость торфа неравномерна и очень велика. Она в 60 раз больше сжимаемости песка и в 5 раз больше глины. Сжатие может достигнуть 30-50% толщины слоя торфа.

4. 7.  Геологическая работа ледников.

Ледником называется скопление кристаллического льда, образовав-шегося на поверхности земли из снега и находящегося в дви­жении. Ледники распространены в областях, в которых средняя годовая температура отрицательная, а снега в холодный сезон выпадает больше, чем тает в период с положительной температурой и стекает в виде льда за пределы района накопления.

Граница, за которой можно обнаружить снег и лед, называется снеговой границей или снеговой линией. На экваторе снеговая грани­ца проходит на высоте около 4900 м над уровнем моря. По направле­ниям от экватора к полюсам снеговая линия становится все ниже и при­мерно у границ Антарктиды в южном полушарии и Гренландии в северном поясе снеговой покров образуется значительно ниже снеговой границы.

Сезонный снеговой покров имеет большое геологическое значение, главным образом в период весеннего таяния. Струи талых вод дают нача­ло делювиальным, пролювиальным и аллювиальным процссам, обуслов­ливают весенние паводки и питание многих внутренних водоемов.

Выше снеговой линии снег не тает. Накапливаясь из года в год, он уплотняется под давлением собственной массы и превращается в фирн- массу, состоящую из крупных ледяных зерен. С течением времени фирн спрессовывается в сплошную кристаллическую массу прозрачного льда.

Различают ледники горные и материковые.

     Горные (долинные) ледники образуются у высокогорных до­линах выше снеговой линии и часто венчают вершины гор. Если горные долины сливаются, то образуются сложные ледники. Горные ледники такого типа распространены в Альпах, на Кавказе и в других районах. Ледники такого типа называются альпийскими.

Материковые ледники иначе называют еще пок­ровнымиили гренландскими. Это мощные ледяные массы, покрывающие огромные площади. Таким ледником покрыта Гренландия, откуда и возникло одно из названий ледников этого типа.

Современные ледники покрывают площадь 16,3 млн. км , т.е. 10% поверхности всей суши. 98,5% ледниковой поверхности приходится на полярные области и лишь 1,5% - на высокие горы.

В северных полярных странах ледники покрывают площадь 2,1 млн. км , в  южных полярных странах - 14,1 млн. км . Площадь горных ледников в поясах умеренного и тропического климата всего 121 тыс. км .

В России ледники имеются на Новой Земле (снеговая линия на высоте 600 м), в горах Средней Азии (2080-5200 м), на Кавказе (1800-3900 м), Алтае (2300-3500), Урале, в горах Сибири, на Камчат­ке и на Земле Франца-Иосифа. Общая площадь современного оледенения в России составляет 51 тыс. км² .

Движущиеся массы льда выполняют огромную геологическую рабо­ту. Лед истирает и вспахивает поверхность под действием своей тяжести. Только при толщине льда в 100 м каждый квадратный метр ложа ледника испытывает давление 92т. При большей мощности льда давление резко возрастает. В лед вмер­зают обломки пород. При движении ледника эти обломки в свою очередь оказывают разрушающее действие на поверхность земли.

Обломочный материал, который находится в движении или уже отложился, носит название морены.

Моренные отложения представляют собой грубый, неоднородный, неотсортированный, неслоистый обломочный материал. Чаще всего это валунные, опесчаненные красно-бурые суглинки и глины, или серые разно- зернистые, глинистые пески с валунами. Морены зале­гают покровами и характеризуются мощностью в десятки метров.

При таянии ледника образуются постоянные потоки талых вод, которые размывают морену. Вода подхватывает материал размываемых морен, выносит за пределы ледника и откладывает в определенной последовательности. Вблизи границ ледника остаются крупные обломки, дальше осаждаются пески и еще дальше - глинистый материал. Такие водно-ледниковые отложения получили название флювиогляциальных.

При наступлении или отступлении ледника последовательно смещаются зоны накопления по его крупности. Так, если на глины накладываются пески и более крупные обломки, это означает, что ледник наступал. Наложение на крупные обломки и пески глинистых осадков свидетельствует о периоде отступления ледника.

Флювиогляциальные отложения отличаются сравнительной отсорти-рованностью и слоистостью. Они обычно представлены толщами песка, гравия, галечника, а также глинами и покровными суглинками.

Необходимо отметить, что содержание валунов и скальных пород затрудняет использование мореных отложений в качестве оснований сооружений. Лабораторные исследования сжимаемости мореных глин и суглинков проводятся на образцах, не содержащих скальных включений, и, поэтому, лабораторные и полевые исследования дают разные результаты.

Моренные и флювиогляциальные отложения являются надежным основа­нием для сооружений различного типа. Валунные суглинки и глины, испытавшие на себе давление мощных толщ льда, находятся в плотном состоянии и в ряде случаев даже переуплотнены. При строительстве на этих грунтах расчетное сопротивление нагрузке может составить от б-8 до 10 кг/см². На валунных суглинках и глинах здания и сооруже­ния испытывают малую осадку. Эти грунты слабо водопроницаемы и часто служат водоупором для подземных вод.

Флювиогляциальные отложения со строительной точки зрения, хотя и уступают моренным глинистым грунтам по прочности, но являются на­дежным основанием.

Отрицательным качеством всех глинистых ледниковых отложений является случайное вкрапление отдельных валунов. Это может привести к неравномерной осадке и деформации зданий. При инженерно-геологи­ческих изысканиях нередки случаи, когда эти валуны ошибочно принимают за коренные скальные породы.

Ледниковые отложения успешно используют как строительные ма­териалы (камень, пески, глины). Валуны дают хороший строительный камень. Некоторые крупные валуны использованы для изготовления пьедесталов памятников (камень Гром - пьедестал памятнику Петру I в Санкт-Петербурге.).