Размыв горных пород водами

Размывание и растворение горных пород подземными водами, явления суффозии и карста Первоисточник:Л. М. Пешковский, Т. М. Перескокова Инженерная геология, изд. 2- е, М.: «Высшая школа», 1982, стр 252–259.http://www.speleopl.org/page.php?id=45

Размывание и растворение горных пород подземными водами, явления суффозии и карста

Подземные воды, движущиеся в порах и пустотах горных пород, в определенных условиях могут размывать и растворять породы. Часто размывание и растворение происходит одновременно. Однако в зависимости от химического состава пород и воды, условий движения воды и других факторов явления размывания и растворения происходят с различной степенью интенсивности.

Размывание выражается в том, что движущаяся вода захватывает мелкие частицы породы и уносит их с собой. В скальных породах движущаяся вода оказывает размывающее действие на стенки трещин и пустот. Наличие в воде взвешенных мельчайших минеральных частиц усиливает действие размыва. Однако в основном размывающее действие подземных вод относится к нескальным породам.

Вследствие выноса более мелких фракций пористость породы и размеры увеличиваются. Чем больше размеры пор, тем больше размеры фракций, которые могут быть через них вынесены водой. Когда пористость станет чрезмерно большой и размеры пор превысят размеры основной массы частицы, начнут происходить изменения и сложения породы. Размыв горной породы сопровождается ее растворением. Строго говоря, в воде растворяются все горные породы. Однако растворение таких пород, как гранит, базальт и подобных им, идет чрезвычайно медленно и требует громадных количеств воды.

Процесс растворения горных пород зависит от степени минерализации воды. Порода, поддающаяся растворению в дистиллированной воде, становится практически нерастворимой в обычной речной воде, поэтому магматические породы, в состав которых входят соли угольной и соляной кислоты (например, кальцит, каменная соль), сравнительно легко растворяются водой; содержащие соли серной кислоты (ангидрит, гипс) растворяются водой значительно медленнее.

В результате совместного действия размывания и растворения горных пород в них могут образовываться очень большие пустоты – подземные пещеры. Известны большие пещеры в Крыму, Сибири, на Кавказе. Большую известность получила Кунгурская пещера в Пермской области. Самая большая из известных подземных пещер находится в США (Мамонтова пещера). Длина ее вместе со всеми разветвлениями составляет около 250 км.

В ней несколько этажей, встречаются отдельные залы высотой до 30 м. На дне этой пещеры протекает подземная река и есть несколько подземных озер.

Карст

Химическое растворение горных пород вызывает в земной коре и на ее поверхности совокупность физико-геологических явлений, называемую карстом. Термин «карст» происходит от названия одноименного плоскогория на полуострове Истрия, где эти явления были впервые широко обнаружены и изучены.

И. В. Попов пишет, что явление карста выражается в образовании крупных пустот в земной коре, в разрушении и изменении структуры и состояния горных пород, в создании особого характера циркуляции и режима подземных вод, образовании характерного рельефа местности и режима гидрографической сети.

Карстовые явления развиваются в областях залегания легкорастворимых пород, к которым относятся в первую очередь (в порядке их распространения) известняки, гипсы, доломиты, мергели и каменная соль.

Воды, проникающие в области, сложенные легкорастворимыми породами, в той или иной степени содержат в своем составе различные соли и кислоты.

Химическое воздействие протекающей воды с породой может усиливаться или ослабляться в зависимости от состава воды и породы. Так, например, наличие в воде хлористого натрия резко повышает растворимость гипса, а вода, содержащая хлористый магний, практически не растворяет гипс. Вода, содержащая хлористый натрий до полного насыщения, образует так называемый маточный раствор и свободно протекает в пустотах залежей каменной соли, не оказывая на нее никакого растворяющего действия.

Подземные воды, насыщенные растворенными веществами растворимых пород, далее протекают, уже не оказывая растворяющего действия на окружающие породы. Попадая в области, сложенные нерастворимыми породами, подземные воды начинают терять часть растворенных веществ. Концентрация раствора постепенно снижается, а выпавшие соли образуют различные натечные формы. Если выпадение растворенных веществ происходит в открытых пространствах (например, в подземных пещерах), то образуются такие хорошо известные натечные формы, как сталактиты и сталагмиты.

Подземные воды, вытекая у подножия горных массивов (у склонов), образуют нисходящие «воклюзские» источники. Название «воклюзские» такие источники получили от местности Воклюз во Франции, где они впервые были обнаружены. В Советском Союзе большое количество воклюзских источников обнаружено на Южном берегу Крыма.

Процесс карстообразования может начинаться непосредственно с поверхности в областях питания подземных вод (открытый карст) или же возникать в сравнительно отдаленных подземных областях распространения вод (закрытый карст). Там, где легкорастворимые породы выходят непосредственно на земную поверхность, растворение пород проявляется наиболее резко. При выпадении атмосферной воды на поверхности растворимых пород образуются так называемые карры – желобки, борозды, щели и т. д. глубиной от нескольких сантиметров до 1–2 м. Рельеф поверхности, покрытый карами, называется карровым. При своем движении вода просачивается вниз по трещинам, постепенно расширяя их. С течением времени тонкие волосные трещины превращаются в широкие зияющие провалы.

Для карстового ландшафта характерны провальные воронки, естественные шахты, полья, увалы и долины. Эти формы постепенно переходят одна в другую, соответствуя стадиям карстообразования. Сначала образуются различные воронки сравнительно небольшого диаметра (от 1 до 50 м) и глубиной обычно не более 15–20 м. Воронки корытообразной формы называют польями; округлые, чашеобразные, диаметром до 200 м – долинами. Постепенно углубляясь, воронки переходят в увалы и естественные шахты – провальные углубления, глубина которых значительно больше их диаметра. На дне карстовых воронок часто наблюдаются отверстия – поноры, через которые поверхностные воды уходят вглубь.

Открытые формы карста постепенно сами себя уничтожают.

Растворяются все большие количества породы, стенки между воронками становятся все тоньше и постепенно обрушаются. На уровне грунтовых вод начинают скапливаться частицы нерастворимых минералов и с течением времени образуется широкая долина. Благодаря привносу органических веществ поверхность таких послекарстовых долин обычно покрывается плодородной почвой. Как один из примеров таких долин можно назвать Байдарскую долину в Крыму.

Передвигаясь по трещинам внутри растворимых пород, подземные воды промывают самые разнообразные каналы. Передвижение воды сверху вниз способствует образованию вертикальных трубчатых и коленчатых форм. На уровне карстовых грунтовых вод образуются подземные пещеры, состоящие из большого количества горизонтальных каналов различной формы и размера. Узкие трещиновидные каналы сменяются громадными гротами.

Для карстовых районах характерно наличие исчезающих рек. Попав в зону карста, река уходит по карстовым каналам под землю и протекает там в виде подземной реки или же разбивается на несколько меньших водных потоков. Впоследствии подземная река снова может выйти на поверхность.

Явление карста оказывает большое влияние на возможность осуществления и дальнейшего существования инженерных сооружений.

Б. М. Гуменский указывает, что карстующиеся породы очень часто сверху прикрыты водонепроницаемыми или слабо водопроницаемыми глинистыми отложениями. В этих условиях процесс карстообразования протекает весьма медленно или совсем не наблюдается. При вскрытии выемок для дорог или каналов защитный покров уничтожается и начинается интенсивный карстовый процесс. Если выемка предназначалась для канала, транспортируемая вода будет уходить на образование карстовых форм.

Интенсивность процесса карстообразования поддается анализу. И. В. Попов подчеркивает, что она зависит от химического состава растворителя и химического состава растворяемой породы. Особое значение имеет содержание в воде свободной углекислоты. Как известно, свободная углекислота может соединяться с карбонатами и создавать растворимые двууглекислые соединения вида (HCO3)2. Однако часть свободной углекислоты будет находиться в равновесии с полусвязанной углекислотой и не будет растворять кальцит. Такую углекислоту называют равновесной.

Другим показателем интенсивности карстообразования является количество и скорость протекающей воды, или, иначе, условия фильтрации.

Подземный сток направлен к водоемам, расположенным в наиболее низких точках рельефа. По большей части для карстующихся массивов такими водоемами служат реки. Подземный сток будет направлен нормально к оси долины. При этом подземный сток может захватывать зону ниже уровня эрозионного вреза. Уровень, выше которого возможно движение воды в карстующемся массиве, по предложению Ф. П. Саваренского, называют базисом карста.

Источник

Эрозия (геология)

Эро́зия (от лат. erosio — разъедание) — разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением.

Эрозия почвы [1] — разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов почвы в результате действия воды и ветра.

Часто, особенно в зарубежной литературе, под эрозией понимают любую разрушительную деятельность геологических сил, таких, как морской прибой, ледники, гравитация; в таком случае эрозия выступает синонимом денудации. Для них, однако, существуют и специальные термины: абразия (волновая эрозия), экзарация (ледниковая эрозия), гравитационные процессы, солифлюкция и т. д. Такой же термин (дефляция) используется параллельно с понятием ветровая эрозия, но последнее гораздо более распространено.

По скорости развития эрозию делят на нормальную и ускоренную. Нормальная имеет место всегда при наличии сколько-либо выраженного стока, протекает медленнее почвообразования и не приводит к заметным изменением уровня и формы земной поверхности. Ускоренная идет быстрее почвообразования, приводит к деградации почв и сопровождается заметным изменением рельефа.

По причинам выделяют естественную и антропогенную эрозию. Следует отметить, что антропогенная эрозия не всегда является ускоренной, и наоборот.

Содержание

Ветровая эрозия

Это разрушающее действие ветра: развевание песков, лесов, вспаханных почв; возникновение пыльных бурь; шлифовка скал, камней, строений и механизмов твердыми частицами, переносимыми силой ветра. Ветровая эрозия подразделяется на два типа:

Начало пыльной бури связано с определенными скоростями ветра, однако из-за того, что летящие частицы вызывают цепную реакцию отрыва новых частиц, окончание её происходит при скоростях существенно меньших.

Наиболее сильные бури имели место в США в 1930-е годы («Пыльный котёл») и в СССР в 1960-е годы, после освоения целины. Чаще всего пыльные бури связаны с нерациональной хозяйственной деятельностью человека, а именно — массированной распашкой земель без проведения почвозащитных мероприятий.

Выделяют и специфические дефляционные формы рельефа, так называемые «котловины выдувания»: отрицательные формы, вытянутые по направлению господствующих ветров.

Водная эрозия

Капельная эрозия

Разрушение почвы ударами капель дождя. Структурные элементы (комочки) почвы разрушаются под действием кинетической энергии капель дождя и разбрасываются в стороны. На склонах перемещение вниз происходит на большее расстояние. Падая, частички почвы попадают на плёнку воды, что способствует их дальнейшему перемещению. Этот вид водной эрозии приобретает особое значение во влажных тропиках и субтропиках [2]

Плоскостная эрозия

Под плоскостной (поверхностной) эрозией понимают равномерный смыв материала со склонов, приводящий к их выполаживанию. С некоторой долей абстракции представляют, что этот процесс осуществляется сплошным движущимся слоем воды, однако в действительности его производит сеть мелких временных водных потоков.

Поверхностная эрозия приводит к образованию смытых и намытых почв, а в более крупных масштабах — делювиальных отложений.

Линейная эрозия

В отличие от поверхностной, линейная эрозия происходит на небольших участках поверхности и приводит к расчленению земной поверхности и образованию различных эрозионных форм (промоин, оврагов, балок, долин). Сюда же относят и речную эрозию, производимую постоянными потоками воды.

Смытый материал отлагается обычно в виде в конусов выноса и формирует пролювиальные отложения.

Виды линейной эрозии

Глубинная (донная) — разрушение дна русла водотока. Донная эрозия направлена от устья вверх по течению и происходит до достижения дном уровня базиса эрозии.
Боковая — разрушение берегов.

В каждом постоянном и временном водотоке (реке, овраге) всегда можно обнаружить обе формы эрозии, но на первых этапах развития преобладает глубинная, а в последующие этапы — боковая.

Механизм водной эрозии

Химическое воздействие поверхностных вод, к которым относятся и воды рек, минимально. Основной причиной эрозии является механическое воздействие на горные породы воды и переносимых ею обломков, ранее разрушенных пород. При наличии в воде обломков эрозия резко усиливается. Чем больше скорость течения, тем более крупные обломки переносятся, и тем интенсивнее идут эрозионные процессы.

Оценить устойчивость почвы или грунта к действию водного потока можно по критическим скоростям:

Неразмывающая скорость — максимальная скорость потока, при которой не происходит отрыва и перемещения частиц.
Размывающая скорость — минимальная скорость потока, при которой начинается непрекращающийся отрыв частиц.(Мирцхулава Ц. Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости. — М.: Изд-во, Колос, 1967.)

Для почв и полидисперсных грунтов понятие неразмывающей скорости не имеет физического смысла, поскольку даже при самых низких скоростях происходит вынос наиболее мелких частиц. При турбулентном потоке отрыв частиц происходит при максимальных пульсационных скоростях, поэтому увеличение амплитуды колебания скорости потока вызывает уменьшение критических скоростей для данного грунта.

Распространение эрозии

Процессы эрозии распространены на Земле повсеместно. Ветровая эрозия преобладает в условиях аридного климата, водная эрозия — в условиях гумидного климата.

См. также

Примечания

↑ГОСТ 27593-88 (2005). ПОЧВЫ. Термины и определения. УДК 001.4:502.3:631.6.02:004.354
↑Щепащенко Г. Л. Ливневая эрозия почв и методы борьбы с ней. М.: Почвенный ин-т им. В. В. Докучаева, 1991. 178 с. [1]

Мирцхулава Ц. Е. Основы физики и механики эрозии русел. Л.: Изд-во Гидрометеоиздат, 1988.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Эрозия (геология)» в других словарях:

Эрозия почвы — Эрозия в каньоне Антелоп на юго западе США Эрозия (от лат. erosio разъедание) разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением. Эрозия… … Википедия

Эрозия почв — Эрозия в каньоне Антелоп на юго западе США Эрозия (от лат. erosio разъедание) разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением. Эрозия… … Википедия

эрозия донная (пятящаяся) — эрозия регрессивная Эрозия, распространяющаяся от низовьев водотоков вверх по течению, приводящая к формированию продольного профиля равновесия. [Словарь геологических терминов и понятий. Томский Государственный Университет] Тематики геология,… … Справочник технического переводчика

эрозия — В геологии совокупность физических и химических процессов, способствующих разрушению горных пород водными потоками. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] эрозия Процесс разрушения горных пород водным… … Справочник технического переводчика

эрозия боковая (горизонтальная) — Эрозия, приводящая к расширению дна долины путем меандрования. [Словарь геологических терминов и понятий. Томский Государственный Университет] Тематики геология, геофизика Обобщающие термины геологическая деятельность текучих водэкзогенные… … Справочник технического переводчика

эрозия почвы — Разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов почвы в результате действия воды и ветра. [ГОСТ 27593 88] эрозия почв дефляция выдувание Процессы разрушения верхних горизонтов почвы и подстилающих пород талыми водами, дождевыми,… … Справочник технического переводчика

ГЕОЛОГИЯ — наука о строении и истории развития Земли. Основные объекты исследований горные породы, в которых запечатлена геологическая летопись Земли, а также современные физические процессы и механизмы, действующие как на ее поверхности, так и в недрах,… … Энциклопедия Кольера

эрозия — разрушение, размыв горных пород и почв текучими водами. Один из осн. факторов формирования рельефа земной поверхности. Состоит из механического размыва почв и горных пород (собственно эрозия), химического растворения слагающего их материала… … Географическая энциклопедия

ЭРОЗИЯ — совокупность природных процессов, разрушающих поверхность суши. В настоящей статье эрозия характиризуется как деструктивный процесс, происходящий под влиянием энергии текучих вод, ветра и ледников, которые перемещают обломки пород и почву. Однако … Энциклопедия Кольера

Денудация (геология) — Денудация (от лат. denudatio обнажение) совокупность процессов сноса и переноса (водой, ветром, льдом, непосредственным действием силы тяжести) продуктов разрушения горных пород в пониженные участки земной поверхности, где происходит их… … Википедия

Источник