ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

"ЭКОМОНИТОРИНГ"

СРЕДНЕУРАЛЬСКАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ

620014 г.Екатеринбург ул.Вайнера, 55 (Уралнедра), каб. 513

тел. 257-20-06, 219-39-08 факс 257-20-06

Главная страница

Наши заказчики

Вопрос / Ответ

Справочник

Полезные ссылки

Начало

5. Геологическая деятельность поверхностных вод

Под текучими водами понимаются все воды поверхностного стока на суше от струй, возникающих при выпадении дождя и таяния снега, до самых крупных рек. Все воды, стекающие по поверхности Земли, производят различного вида работу. Чем больше масса воды и скорость течения, тем наибольший эффект ее деятельности. Хорошо известно, что поверхностная текучая вода - один из важнейших факторов преобразования лика Земли.

Как и в других экзогенных процессах, в деятельности текучих вод могут быть выделены три составляющие: 1) разрушение, 2) перенос и 3) отложение, или аккумуляция, переносимого материала на путях переноса. По характеру и результатам деятельности можно выделить три вида поверхностного стока вод: плоскостной безрусловой склоновый сток; сток временных русловых потоков; сток постоянных водотоков - рек.

5.1 Плоскостной склоновый сток

В периоды выпадения дождей и таяния снега вода стекает по склонам в виде сплошной тонкой пелены или густой сети отдельных струек. Они захватывают главным образом мелкоземлистый материал, слагающий склоны, переносят его вниз. У подошвы течение воды замедляется, и переносимый материал откладывается как непосредственно у подножья, так и в прилегающей части склона (рис. 5.1). Такие отложения, образованные склоновым стоком, называются делювиальными отложениями или делювием (лат. «делюо» - смываю). Наиболее характерны довольно протяженные делювиальные шлейфы в пределах равнинных рек степных районов умеренного пояса.

Делювиальные шлейфы в этих условиях обычно сложены суглинками и лишь местами в основании встречается песчаный материал. Наибольшая мощность делювия (до 15-20 м) наблюдается у основания склона, а вверх по склону она постепенно уменьшается. Продолжающийся процесс плоскостного смыва и образование делювия постепенно приводят к выполаживанию склонов. В высоких горах типичных делювиальных шлейфов нет в связи с широким развитием гравитационных процессов на склонах. В этих условиях формируются смешанные коллювиально-делювиальные образования.

Рис. 5.1 Схема образования делювия: 1 - первичная поверхность склона, 2 - сниженная поверхность склона в результате плоскостного смыва, 3 - делювий

5.2 Деятельность временных русловых потоков

Среди временных русловых потоков выделяются временные потоки оврагов и временные горные потоки. Начало оврагообразования связано в большинстве случаев со склонами долин рек. Если в пределах склона или его бровки имеются различные естественные или искусственные неровности, понижения, то при выпадении дождя или таянии снега в них происходит слияние отдельных стекающих струй воды, которые разрушают указанные части склона и на их месте образуются различные промоины, рытвины. Так начинается на склонах процесс размыва, или эрозии (лат. «эродо» - размываю). Фактически это первая зародышевая стадия развития оврага. В последующем в таких рытвинах периодически концентрируется еще большее количество воды, и они начинают расти в глубину, ширину, вниз и вверх по склону. Дно такого оврага отличается неровностью. По мере дальнейшего углубления (увеличение донной эрозии) профиль оврага постепенно выравнивается, его устье достигает основания, куда впадает поток. В вершине оврага, выдвинувшейся за бровку склона в пределы водораздельного плато, образуется перепад. В результате возникающие водотоки обрушиваются в вершину оврага водопадом или образуют здесь стремнины с быстрым течением, завихрениями. Это способствует интенсивной эрозии в пределах перепада и постепенному продвижению вершины оврага все дальше в глубь водораздельного плато. Такой процесс роста вверх по течению потока называется регрессивной (лат. «регрессус» - движение назад) или попятной эрозией.

По мере продвижения вершины растущего оврага в глубь водораздельного плато на его склонах образуются промоины или рытвины, которые также превращаются в овраги. Такие ответвления, или отвержки, от главного оврага растут попятно, следуя по течению сливающихся струй воды, и по мере развития они также ветвятся. В результате возникает сложная ветвящаяся овражная система, расчленяющая местами не только склоны, но и обширные водораздельные пространства (рис. 5.2).

Рис. 5.2 Типы оврагов: А - простой молодой овраг; Б - сложный разветвленный овраг; 1, 2 - линейная часть оврага, выработанная по направлению наибольшего уклона склона молодого (1) и древнего (2) оврагов, 3 - конус выноса молодой генерации оврага, 4 - то же, древней генерации, 5 - верховье оврага в различной степени разветвленное, 6 - заболоченность в районе слияния отдельных отвержков в верхней части оврага, 7 - области дренирования поверхностных и местами подземных вод

Наиболее глубокая и разветвленная сеть оврагов образуется в районах развития легко размываемых горных пород - лёссовидных суглинков, песков, алевролитов, глин. Пример тому Средне-Русская возвышенность, представляющая эрозионно-денудационную плоскую равнину, расчлененную густой сетью оврагов. Аналогичное овражное расчленение отмечается на Приволжской, Волыно-Подольской возвышенностях и возвышенностях Белоруссии, где, по данным Б.Н. Гурского, овражно-балочный рельеф занимает 20-30% площади плодородных земель. Следует отметить, что оврагообразованию способствуют не только природные факторы, но и необдуманная деятельность человека (вырубка леса, распахивание, заложение грунтовых дорог и канав в направлении вниз по склону и др.). Для борьбы с оврагами применяются различные методы, направленные на предотвращение попятной эрозии и укрепление склонов.

5.3 Геологическая деятельность рек

Мощные водные потоки рек, расчленяющие огромные пространства суши, производят значительную эрозионную, переносную и аккумулятивную деятельность. Это наиболее динамические системы, преобразующие рельеф. Интенсивность работы рек определяется их живой силой, т.е. кинетической энергией, равной mv2/2, где m - масса воды; v - скорость течения. Последняя зависит от уклона продольного профиля и определяется по формуле Шези:

,

где C - коэффициент, зависящий от шероховатости русла;

R - гидравлический радиус, равный отношению площади живого сечения водотока (Sv) к смоченному периметру (Pv);

i - уклон поверхности.

Под уклоном понимается величина перепада высот местности h = (Hi+1-Hi,) деленная на расстояние по горизонтали между точками измерения высот (L), отсюда i = h/L.

На интенсивности процессов в речных долинах сказывается турбулентный характер течения, когда молекулы воды движутся беспорядочно или по перекрещивающимся траекториям, наблюдаются различные завихрения, вызывающие перемешивание всей массы воды от дна до ее поверхности. Наибольшие скорости наблюдаются в приповерхностной части потока на стрежне, меньше у берегов и в придонной части, где поток испытывает трение о породы, слагающие русло. Вдоль реки скорость течения также меняется, что связано с наличием перекатов и плёсов, нарушающих равномерность уклона.

В зависимости от характера и интенсивности питания изменяются режим рек, количество и уровень воды, а также скорость ее течения. В соответствии с изменением уровня воды в реке говорят о высоком горизонте, соответствующем половодью, и низком меженном горизонте, или межени, наступающей после спада половодья. Помимо этого, в реках наблюдаются периодические паводки, соответствующие кратковременному повышению уровня воды от затяжных дождей.

Выделяют два типа эрозии:

1) донная, или глубинная, направленная на врезание речного потока в глубину;

2) боковая, ведущая к подмыву берегов и в целом к расширению долины.

5.4 Донная эрозия и боковая эрозия

Соотношение донной и боковой эрозии изменяется на разных стадиях развития долины реки. В начальных стадиях развития реки преобладает донная эрозия, которая стремится выработать профиль равновесия применительно к базису эрозии - уровню бассейна, куда она впадает (рис. 5.3). Базис эрозии определяет развитие всей речной системы - главной реки с ее притоками разных порядков. Первоначальный профиль, на котором закладывается река, обычно характеризуется различными неровностями, созданными до образования долины. Такие неровности могут быть обусловлены различными факторами: наличием выходов в русле реки неоднородных по устойчивости горных пород (литологический фактор); озера на пути движения реки (климатический фактор); структурные формы - различные складки, разрывы, их сочетание (тектонический фактор) и другие формы. В процессе регрессивной эрозии река, углубляя свое русло, стремится преодолеть различные неровности, которые со временем сглаживаются, и постепенно вырабатывается более плавная (вогнутая) кривая, или профиль равновесия реки. Считается, что этот выровненный профиль соответствует на каждом отрезке долины динамическому равновесию при данных гидрологических условиях и постоянном базисе эрозии.

Рис. 5.3 Выработка продольного профиля равновесия реки на различных стадиях регрессивной эрозии (б0-а0 ; б1-a1, б2-а2 ); А - исток реки, Б - базис эрозии

Анализ развития речных долин, как в равнинных, так и в горных областях, показывает, что в выработке профиля равновесия реки играют большую роль не только главный базис эрозии, но и местные, или локальные, базисы, к которым относятся различные уступы, или пороги. На месте порога, или уступа, возникают водопады, которые размывают дно уступа, а с другой стороны подмывают его основание вследствие возникающих водоворотов. В результате уступ разрушается и отступает. Так, например, суммарное отступание известного Ниагарского водопада, низвергающегося с высоты около 50 м, с 1875 г. составило около 12 км, что соответствует приблизительно скорости отступания около 1,0-1,2 м/год. Такой уступ с водопадом является локальным (местным) базисом эрозии.

На ранних стадиях развития, при значительном преобладании глубинной эрозии реки вырабатываются крутостенные узкие долины, дно которых почти целиком занято руслом потока. Поперечный профиль долины представляет или каньон с почти вертикальными, иногда ступенчатыми склонами и ступенчатым продольным профилем дна, или имеет V - образную форму (по сходству с латинской буквой v) с покатыми склонами. Эта первая стадия развития реки называется стадией морфологической молодости. Такие формы особенно хорошо выражены в пределах молодых горных сооружений (Альпы, Кавказ и др.) и высоких плоскогорий, где глубина речных долин достигает сотен метров, а местами 1-2 км.

По мере выработки профиля равновесия и уменьшения уклонов русла донная эрозия постепенно ослабевает и все больше начинает сказываться боковая эрозия, направленная на подмыв берегов и расширение долины. Это особенно проявляется в периоды половодий, когда скорость и степень турбулентности движения потока резко увеличиваются, особенно в стрежневой части, что вызывает поперечную циркуляцию. Возникающие вихревые движения воды в придонном слое способствуют активному размыву дна в стрежневой части русла, и часть донных наносов выносится к берегу. Накопление наносов приводит к искажению формы поперечного сечения русла, нарушается прямолинейность потока, в результате чего стрежень потока смещается к одному из берегов. Начинается усиленный подмыв одного берега и накопление наносов на другом.

5.5 Твердый сток реки

Реки переносят большое количество обломочного материала различной размерности - от тонких илистых частиц и песка до крупных обломков. Перенос его осуществляется волочением (перекатыванием) по дну наиболее крупных обломков и во взвешенном состоянии песчаных, алевритовых и более тонких частиц. Переносимые обломочные материалы еще больше усиливают глубинную эрозию. Они являются как бы эрозионными инструментами, которые дробят, разрушают, шлифуют горные породы, слагающие дно русла, но и сами измельчаются, истираются с образованием песка, гравия, гальки. Влекомые по дну и взвешенные переносимые материалы называют твердым стоком рек. Помимо обломочного материала реки переносят и растворенные минеральные соединения. Часть этих веществ возникает в результате растворяющей деятельности речных вод, другая часть попадает в реки вместе с подземными водами. В речных водах гумидных областей преобладают карбонаты Са и Mg, на долю которых приходится около 60% ионного стока. В небольших количествах встречаются соединения Fe и Мn, чаще образующие коллоидные растворы. В речных водах аридных областей помимо карбонатов заметную роль играют хлориды и сульфаты.

Наряду с эрозией и переносом различного материала происходит и его аккумуляция (отложение). На первых стадиях развития реки, когда преобладают процессы эрозии, возникающие местами отложения оказываются неустойчивыми и при увеличении скорости течения во время половодий они вновь захватываются потоком и перемещаются вниз по течению. Но по мере выработки профиля равновесия и расширения долин образуются постоянные отложения, называемые аллювиальными, или аллювием (лат. «аллювио» - нанос, намыв).

Один подмываемый берег становится обрывистым и постоянно отступает, увеличивая крутизну изгиба, а на другом берегу происходит постепенное наращивание прирусловой отмели. Постепенное смещение подмываемых вогнутых берегов и наращивание русловых отмелей у выпуклых берегов приводит, в конце концов, к образованию крупных излучин, называемых также меандрами (по названию р. Меандр в Малой Азии). В результате последовательного развития речной долины происходят значительное расширение площади русловых аллювиальных отложений и образование низкого намываемого берега, который начинает заливаться только в половодье.

Такой низкий участок долины, сложенный аллювием, представляет пойму реки - часть долины, возвышающуюся над руслом. Поперечный профиль долины приобретает плоскодонную, или ящикообразную форму. Излучины, развиваясь, приобретают значительную кривизну, образуют серию петель, разделенных узкими перешейками. Местами происходит прорыв такого перешейка, и река на таких участках спрямляет свое русло. Осадки, накапливающиеся рядом с главным спрямленным руслом у концов покинутой излучины, заполняют оба ее конца, и она превращается в замкнутое озеро.

Такие озера постепенно заполняются осадками, приносимыми в половодья, зарастают, могут превратиться в болота или в сухие понижения. Отшнурованные от русла реки излучины называют старицами. Образование стариц и спрямление русел неоднократно проявлялось особенно на широких поймах равнинных рек, где наблюдаются остатки разных по времени отшнурованных русел на различных стадиях их развития и отмирания. Следует отметить также, что излучины развиваются не только в сторону берегов, но и вниз по течению. В результате выступы, сложенные коренными породами, постепенно срезаются, и образуется широкая пойменная терраса со сложным рельефом.

5.6 Строение пойм

Под фацией понимается горная порода (или осадок) определенного состава, отражающая условия ее накопления. В аллювиальных отложениях пойм равнинных рек четко выделяются три фации: 1) русловая; 2) пойменная и 3) старичная (рис. 5.4). Русловая фация формируется в процессе нарастания и расширения прирусловых отмелей при миграции русла в сторону подмываемого берега и представлена песками различного гранулометрического состава, в основании песками с гравием и галькой. Пойменная фация формируется в периоды половодий, когда на поверхность поймы выпадает преимущественно взвешенный тонкий материал. Поэтому пойменный аллювий представлен преимущественно супесчано-суглинистым материалом. Старичный аллювий образуется в отшнурованных излучинах, превращенных в озера, где накапливаются супеси, суглинки, местами глины, богатые органическим веществом, а при заболачивании - болотные отложения. Старичные отложения могут в последующем перекрываться пойменными.

Рис. 5.4 Схема строения поймы (по Е. В. Шанцеру): А - русло; В - пойма; С - старица; D - прирусловой вал; Н - уровень полых вод; h - уровень межени; М - нормальная мощность аллювия. Русловой аллювий: 1 - разнозернистые пески, гравий, галька, 2 - мелко- и тонкозернистые пески, 3 - старинный аллювий, 4 - пойменный аллювий

В пойме реки различаются геоморфологические элементы: 1) прирусловой вал, примыкающий к главному руслу; 2) центральная пойма, расположенная за прирусловым валом, в пределах которой нередко выделяются два уровня: низкая пойма, заливаемая ежегодно полыми водами, и высокая, заливаемая в самые обильные паводки (рис. 5.5) притеррасная пойма, самая пониженная тыловая часть поймы, примыкающая к берегу или надпойменной террасе. Стадию развития реки с формированием поймы называют морфологической зрелостью. Пойма р. Оби в среднем течении достигает 200 км ширины и более.

5.7 Цикловые эрозионные врезы и надпойменные речные террасы

Геологическими и геоморфологическими исследованиями установлено, что в каждой долине горных и равнинных рек наблюдается серия надпойменных террас, возвышающихся над поймой и отделенных друг от друга уступами (рис. 5.6). Такие надпойменные террасы, формировавшиеся в различные этапы плиоцен-четвертичного времени, придают речной долине наиболее сложный ступенчатый террасированный поперечный профиль. В пределах равнинных рек обычно наблюдается до 3-5 надпойменных террас, в горных районах - до 8-10 и более. У каждой террасы различают следующие элементы: террасовидную площадку, уступ, или склон, бровку террасы и тыловой шов, где терраса сочленяется со следующей более высокой террасой или с коренным склоном, в который врезана долина.

Рис. 5.5 Участок поймы р. Индр г. Саккар (по А. А. Чистякову): 1 - меженное русло, 2 - песчаные косы, острова и прирусловые участки низкой поймы, незакрепленные растительностью, 3 - заиленные участки кос, островов и вторичные мелкие водоемы на прирусловых участках поймы, 4 - низкая пойма, 5 - высокая пойма, 6 - старицы, 7 - отмершие протоки, 8 - прирусловые валы

Рис. 5.6 Террасы р.Мурен в Северном Хангаре (фото В.А. Апродова): П - пойма, I - первая надпойменная терраса, II - вторая надпойменная терраса

Об эрозионном цикле в первом приближении можно судить по глубине эрозионного вреза от поверхности той или иной террасы до цоколя последующей более низкой террасы (Н3, Н2 и т.д.). Региональные цикловые террасы неоднородны по условиям развития и строения. Среди них различают следующие типы: 1) эрозионные, или скульптурные (террасы размыва); 2) эрозионно-аккумулятивные, или цокольные и 3) аккумулятивные. Эрозионные террасы встречаются главным образом в молодых горных сооружениях, где имеют место импульсы нарастания и спада тектонических движений, с которыми связаны изменения уклонов продольного профиля реки, вызывающих глубинную эрозию, а в конце цикла и боковую. В этих террасах почти вся террасовидная площадка и уступ до нижерасположенной площадки слагаются коренными породами и лишь местами на их поверхности встречаются отдельные маломощные галечники (рис. 5.7, А).

Аккумулятивные террасы характеризуются тем, что их площадки и уступы полностью сложены аллювиальными отложениями. Среди них по строению и соотношению разновозрастных аллювиальных комплексов выделяют наложенные и вложенные (рис. 5.7, Б). Аккумулятивные террасы имеют широкое распространение в пределах низменных платформенных равнин, а также в межгорных и предгорных впадинах (областях прогибания), где в ряде мест отмечаются значительные мощности аллювия. Эрозионно-аккумулятивные, или цокольные, террасы характеризуются тем, что в них нижняя часть уступа (цоколь) сложена коренными породами, а верхняя часть уступа - аллювиальными отложениями. Эрозионно-аккумулятивные надпойменные террасы приурочены чаще к переходным зонам от поднятий к погружениям, но встречаются местами и в пределах равнин (рис. 5.7, в).

Рис. 5.7 Типы речных террас: А - эрозионные, или скульптурные; Б - аккумулятивные; В - цокольные; Р - русло; П - пойма, I, II,

III - надпойменные террасы; H1, H2, H3-эрозионные циклы. Элементы террасы: а - тыловой шов; б - террасовидная площадка; в - бровка террасы; г - уступ террасы; 1 - аллювий; 2 - коренные породы

Наличие надпойменных террас свидетельствует о том, что река протекала когда-то на более высоких уровнях, которые в последующем были прорезаны в результате периодического усиления глубинной эрозии. Образование террас связано с понижением базиса эрозии, тектоническими движениями и изменениями климата. Наибольшее значение имеет тектонический фактор. При поднятии суши в верховьях речного бассейна или опускании базиса эрозии изменяются уклоны реки и, следовательно, увеличивается ее живая сила, резко возрастает глубинная эрозия. При поднятии верховьев относительная высота террас постепенно уменьшается к низовьям, при опускании базиса эрозии, наоборот, относительная высота снижается к верховьям. Счет надпойменных террас производится снизу вверх. Самая нижняя I н. т. (самая молодая), следующая выше расположенная II н. т. и т.д. Самая высокая терраса - самая древняя. У р. Томь в районе г. Томска выделяют 6 террас.

5.8 Устьевые части рек

На формирование устьевых частей рек влияют многочисленные факторы: 1) расход воды в реке и его изменение во времени; 2) количество и состав переносимого рекой обломочного материала; 3) вдольбереговые морские течения; 4) приливы и отливы; 5) тектонические движения. В зависимости от соотношения указанных факторов формируются различные типы устьевых частей. Среди них наиболее типичны дельты и эстуарии. Дельта фактически представляет собой конус выноса обломочного материала, приносимого рекой. Когда река достигает моря, скорость течения падает. В результате этого большое количество материала, как влекомого по дну, так и находящегося во взвешенном состоянии, оседает. Таким путем образуется широкий наземный конус выноса с вершиной, обращенной к реке, и наклонным в сторону моря основанием. Часть принесенного материала выпадает в море, образуя подводную дельту, или авандельту. При относительно небольшой глубине моря русло реки быстро загромождается наносами и уже не может пропустить через себя все количество поступающей речной воды. В результате возникают прорывы берегов и образование дополнительных русел, называемых рукавами или протоками, которые разбивают дельту на отдельные острова. Отдельные протоки постепенно отчленяются, мелеют, превращаются в озера. В ходе развития часть из них постепенно заполняется озерными осадками, часть зарастает и превращается в болота.

При каждом половодье дельта реки меняет форму: расширяется, повышается и удлиняется в сторону моря. В результате образуются обширные аллювиально-дельтовые равнины со сложным рельефом и строением. Примером такой дельты является дельта Волги (рис. 5.8). С каждым паводком дельта «наступает» на море.

Рис. 5.8 Дельта р. Волги (по М. В. Кленовой): 1 - край дельты Волги в 1873 г., 2 - то же, в 1927 г., 3 - то же, в 1945 г.

Отложения аллювиально-дельтовых равнин представляют собой комплекс континентальных и морских отложений, сложно чередующихся, характеризующихся быстрой сменой фаций в горизонтальном и вертикальном направлениях, частым выклиниванием, иногда линзовидной формой. Среди них выделяются следующие генетические типы: 1) аллювиальные (русловые и пойменные) отложения, представленные в равнинных реках песками и глинами, в горных - более грубым материалом; 2) озерные - преимущественно суглинистые отложения, богатые органическим веществом; 3) болотные - торфяники; 4) эоловые, возникающие в результате перевевания русловых отложений; 5) морские, образующиеся на суше при нагонных морских волнах, а в авандельте (и в пределах предустьевого взморья) помимо обломочного материала в результате коагуляции (лат. «коагуляцио» - свертывание) местами выпадают приносимые реками коллоидные вещества (Fe, Mn, A1 и др.). В устьях рек часто выпадают и органические коллоиды. Описанный тип развития и строения многорукавных дельт достаточно широко распространен во многих реках, и мощность дельтовых отложений в них близка к суммарной мощности аллювия в реке.

Эстуарии (лат. «эстуариум» - берег, заливаемый приливом) - воронкообразные заливы, глубоко вдающиеся в долину реки. Притчард определяет эстуарий как полузакрытый прибрежный водоем, образованный рекой, который свободно сообщается с океаном. Необходимыми условиями для развития эстуариев являются: наличие приливов и отливов; вдольбереговые течения; прогибание земной коры, превышающее скорость накопления осадков. Имеются крупные эстуароподобные заливы в устьях рек Сибири - Енисее и Оби. Они образовались в результате прогибания местности и затопления морем низовьев рек. Это подтверждается наблюдениями в Карском море, на дне которого устье р. Енисея прослеживается до изобаты 100 м. С эстуариями по форме сходны лиманы (греч. «лимнэ» - бухта, залив) - расширенные устья рек, затопленные водами бесприливных морей (Черное и др.). Их образование также связано с прогибанием земной коры в устьевых частях рек. Примерами являются лиманы Днепра, Буга и др.

5.9 Геологическая деятельность озер

Озера на Земле занимают более 2% поверхности суши и представляют характерную часть гидросферы на материках. Крупнейшим озером на Земле считается Каспийское озеро-море. К числу больших по площади озер относятся: оз. Верхнее в Сев. Америке, его площадь составляет 82,4 тыс. км², оз. Виктория в Африке - 68 тыс. км², оз. Аральское в Азии - 51 тыс. км². Много озер в Финляндии - 60 тыс. км², при площади страны 337 тыс. км², в Сев. Америке площадь озер занимает 245 тыс. км². Озера встречаются на разных гипсометрических отметках. Так, самое высокое озеро Титикака расположено на высоте 3812 м, а самое низкое озеро - Мертвое море на Аравийском полуострове - залегает ниже уровня океана (-395 м). Самым глубоким является озеро Байкал - 1741 м. Оно считается самым крупным хранилищем пресной воды - 23 км³.

В образовании озер принимают участие эндогенные и экзогенные геологические процессы. К озерам эндогенного происхождения относятся озера, возникшие вследствие опускания участков земной коры, а также в результате действий вулканов (в жерлах потухших вулканов или по причине образования запруды лавой). К озерам экзогенного происхождения относится большая группа озер: карстовые, водно-эрозионные и водно-аккумулятивные (речные), ледниково-моренные и эоловые (в результате процесса дефляции и корразии), а также искусственные.

Геологическая деятельность озер проявляется в основном в накоплении осадочного материала и менее в береговой абразии. Вода в озере движется под влиянием ветра и изменений атмосферного давления. Движутся, как правило, верхние слои воды, а нижняя толща остается неподвижной. Образующиеся поверхностные волны определенного направления (при изменении атмосферного давления) называются сейшами. При движении воды к берегу происходит его разрушение. Процесс разрушения берега озерной водой называется лимноабразией. Например, разрушение волнами берегов Цимлянского водохранилища достигло 50 м за 5 лет, местами 120 метров.

Обычно в местах впадания рек в озеро формируются дельтовые отложения. Они прослеживаются в виде полос на значительные расстояния от устья реки в глубь озера. Непосредственно у устья откладываются крупные обломки, а песчаный и глинистый материал может быть отнесен и отложен далеко в озеро. Например, в устье реки Или, стекающей с хребта Заилийский Алатау в озеро Балхаш, сформировалась дельта с 1903 по 1930 г.г., которая протянулась в глубь озера на 20 км. Наряду с песчаным и глинистым материалом (терригенные осадки) в озере происходит оседание химических и органогенных отложений (обломки ракушек и целые скелеты умерших обитателей озера). Различают озера с пресной водой (например, Байкал) и минерализованной (например, озеро Балхаш в Казахстане). Минерализованные озера по составу воды делятся на хлоридные, сульфатные и карбонатные. Установлено, что весной в озерах увеличивается количество органических (гумидных) веществ, а также минеральных веществ, пылеватых и песчаных частиц, зимой же преобладают илистые отложения. В результате в некоторых озерах формируются ленточные отложения, позволяющие рассчитать возраст осадка.

К пресным относят озера с соленостью не более 5 г/л. Такие озера распространены в условиях влажного климата. Для жаркого климата характерны озера с солоноватой водой - 5-25 г/л; соленой - 25-41 г/л и рассолами - свыше 45 г/л. Например, озера Эльтон и Баскунчак имеют соленость вод 280 г/л, в Мертвом море - 260-310 г/л; в озере Гузндав (Турция) - 380 г/л. Среди химических осадков озер - это поваренная соль, глауберовая соль, сода, мирабилит, гипс, ангидрит, окись марганца, окись железа, доломит и т.д. Одним из характерных примеров осаждения химических осадков в настоящее время является залив Кара-Богаз-Гол. Через узкий пролив из Каспийского моря сюда поступает вода. Незначительная глубина залива, его изолированность, жаркий климат способствуют активному испарению воды и выпадению в осадок солей. Карбонатные осадки характерны для пресноводных озер, распространенных в районах влажного климата. В первую очередь происходит накопление илов, которые впоследствии переходят в карбонатные известняки и мергели (озера Гиндукуша и Памира). Часто в прибрежной зоне озер выпадают в осадок концентрические округлые образования кальцита - озерные оолиты. В тропических условиях около берега формируются бокситы. Грунтовые воды вымывают из пластов соединения железа, выносят их в озеро, и вследствие коагуляции растворов окиси железа в озерной воде выпадает нерастворимый гидрооксид железа - лимонит.

Мелкие берега озер зарастают обычно водорослями - сине-зелеными, диатомовыми. От берега к центру озера произрастают осока, рогозы, тростники, камыши и лилии. Отмирая осенью, водоросли, фитопланктон, планктон, моллюски образуют на дне озера войлокообразную массу. Перегнивая без доступа воздуха, эта масса превращается в сапропель (гнилостный ил). Мощность сапропеля обычно составляет 1-10 метров, реже до 30 метров в Плещеевом озере (Московская область). Органическое вещество в сапропелях содержится в объеме 60-80%, остальная часть приходится на глинистое вещество с примесью марганца. Сапропель, уплотняясь, переходит в ископаемое состояние - сапропелит (сапропелевые угли и горючие сланцы). Накопление сапропеля приводит к образованию так называемых битуминозных пород, содержащих нефтепродукты. В 1919 г. известный химик Н.Ф. Зелинский путем перегонки озерного сапропеля получил нефтепродукты: бензин, керосин и масла.

5.10 Геологическая деятельность болот

Общая площадь областей интенсивного торфонакопления составляет 9 млн. км², или около 6% суши. Более половины торфяников земного шара, а также сапропелевые озера и болота приходятся на Россию. В Европейской части России выделяют следующие торфяно-болотные области: область тундровых торфяников; Карело-Кольская; Северо-Западная, Средняя, Южная; Черноземная и Вятско-Камская. Торфяники также развиты в Уральской торфяно-болотной области. За Уралом выделяется обширная Западно-Сибирская торфяно-болотная область, область Центрально-Сибирских торфяников, горно-долинных торфяников Южной и Восточной Сибири, область приамурских торфяников и область привулканических торфяников (Камчатка).

По мере обмеления озера, оно зарастает растительностью и переходит в болото. Болот много в Польше, Прибалтике, в Европейской части России, в Сибири, в Белоруссии и на Украине. Болотами обычно называют участки земной поверхности, находящиеся в состоянии избыточного увлажнения. На поверхности воды плавает растительность: белокрыльник, сабельник, пушица. Они вместе с мхом, зоопланктоном, спорами образуют зеленый ковер, называемый клавином, или зыбуном. Растения появляются на поверхности воды в строгом зональном порядке, определенной глубине соответствует своя растительность. Образуются зоны рдестов, водяных лилий, камыша, тростника, осок. Из-за недостатка кислорода появляются кукушкин лен, сфагновый мох. Мох образует сплошной покров, который преграждает доступ кислорода, и в болоте начинается процесс торфообразования. Каждой зоне на определенной глубине отвечает свой вид торфа.

Болота бывают низинного (плоские), верхового (возвышенные), переходного (промежуточного) типа и приморские. По данным В.Н. Сукачева, все болота по условиям питания разделены на две группы: 1) болота грунтового питания и 2) болота атмосферного питания (рис. 5.9).

Рис. 5.9 Генетические типы болот и их строение в разрезе (по М.П. Толстому): а - верховое болото, б - низинное болото, перекрытое верховым, в - болото, образовавшееся при зарастании озера, заполненное илом, водой, имеющее торфяную корку, г - постепенное зарастание водоема; 1 - сфагновый торф с пнями сосны, 2 - пушицево-сфагновый торф, 3 - осоковый и лесной торф, 4 - шейхцериево-сфагновый торф, 5 - гипновый торф, 6 - пресноводный мергель, 7 - сапропелевый торф, 8 - тростниковый торф, 9 - камышовый торф, 10 - хвощовый торф, 11 - осоковый торф, 12 - осоково-ивовый торф, 13 - лесной торф, 14 - сапропелит, 15 - включения сапропеля, 16 - торф сплавины, 17 - ил, 18 - суглинок и супесь, 19 - суглинок с песчаными прослоями, 20 - вода

Низинные болота развиваются в низких местах, на поймах рек и по берегам озер и морей. Питание их происходит за счет подземных и текучих вод. Такие болота представлены лесным и травяным покровом (ольха, береза, зеленые мхи, осоки, тростники, гипновые мхи). Только для некоторых болот характерно преобладание зеленых мхов при слабом развитии цветковых растений. Здесь развиты плавни, ключевые болота и др.

Верховые болота свойственны умеренному климату, где атмосферных осадков выпадает больше, чем испаряется. Это в основном сфагновые болота, атмосферного питания. Они часто развиваются на водоразделах и речных террасах.

Переходные болота занимают промежуточное положение между низинными и верховыми. Они имеют двойное питание - атмосферное и подземное.

Приморские болота распространены на морских побережьях. Питание таких болот атмосферное. Растительность в основном древесная.

Отложения железа, марганца и фосфора встречаются часто в болотах, хотя больших месторождений не образуют. Обычно это линзы и желваки в прибрежной части озер, перешедших в болота или на контакте болото-суходол. В прибрежных морских болотах железо и марганец отлагаются вместе с растениями. Условия накопления железа такие же, что и накопления угля. Часто железо осаждается совместно с кальцитом в виде сидерита - FеСO₃. Часто сидерит содержится в угленосных толщах. В случае отложения железа в глинистых слоях образуются гидроокислы железа, глинистый лимонит, в песках - лимонитовый песчаник или гематитовый песчаник. В торфяных болотах марганец отлагается в виде маломощных линз, наполненных конкрециями, формирующихся из органических и бикарбонатных растворов. Фосфор в болотах встречается обычно в виде минерала вивианита, реже он рассеян в сидерите, фосфор часто попадается в коротких линзах или в россыпях, состоящих из конкреций.

Геологическая деятельность болот заключается в образовании торфа. Цвет торфа обычно темный. В свежем (не уплотненном) торфе влага составляет 85-95%, минеральные примеси от - 2 до 20% к сухой массе торфа. Торф болот различается по количеству зольного остатка. Больше всего золы дает низинный торф (8-20%), меньше - переходный (4-6%) и меньше всего - верховой торф (2-4%). В зависимости от преобладания растительности различают древесный, травяной и моховой торф.

Процесс преобразования наземных растений в анаэробной среде приводит к образованию и накоплению гумусовых углей, а из остатков водорослей и планктона, отложившихся на дне водоемов, - сапропелей и сапропелевых углей. Совокупность вторичных процессов, происходящих с растительностью в торфяном болоте, называют углефикацией. Изучение некоторых угольных разрезов показало, что образование угольных пластов тесно связано с наступлением и отступлением моря. Захоронение торфяников и превращение торфа в уголь могло происходить и в континентальных условиях при преобладании озерно-болотных осадков. Угли, накопившееся в условиях близости к морю, принято называть параллическими («параллос» - близкий к морю), а угли континентальные - лимническими (озерными). В соответствии с процессами углефикации торф превращается в бурый уголь, затем в каменный уголь и антрацит. Каменный уголь и антрацит характеризуются повышенным содержанием углерода от 76 до 95%, и поэтому они обладают высокой теплотворной способностью и меньшим количеством золы. Теплотворная способность бурого угля составляет 3500-7400 калорий, а антрацита - 8000-8200 калорий.

Уголь начал накапливаться с конца девонского периода. Подсчитано количество угля, накопленного на земном шаре по геологическим периодам (Кравцов А.И., 1982). Так,

- на девонский период приходится 0,2 млрд. т;

- на каменноугольный - 2890 млрд. т;

- на пермский - 3780 млрд. т.;

- на триасовый - 6 млрд. т;

- на юрский - 2390 млрд. т;

- на меловой - 2900 млрд. т;

- на палеогеновый совместно с неогеновым - 2121 млрд. т.

Таким образом, максимальное угленакопление приходится на триасовый период мезозойской эры.

Продолжение

uralgidrogeo@narod.ru