Геологическая деятельность озер.
Озеро- это углубление на поверхности суши – котловина, частично заполненная водой. Озера не обладают непосредственной связью с океанами или морями и наиболее широко развиты в областях гумидного климата, занимая чуть больше 2% поверхности континентов. Некоторые озера, в виду своих больших размеров называются внутренними морями. Например, Каспийское озеро – море, имеющее площадь около 376 00 км2, максимальную глубину почти в 1000 м и лежащее на 28 м ниже уровня океана. Аральское бессточное, соленое озеро- море, сейчас почти пересохшее и ряд других. Озера располагаются как в низменностях, так и в горных районах. Оз. Титикака в Андах находится на высоте почти в 4 км. В горной местности располагается самое крупное в мире пресноводное озеро Байкал, содержащее 23000 км3 прекрасной пресной воды, обладающее площадью 66000 км2 максимальной глубиной в 1741 м и находящееся над уровнем моря на высоте 455 м. Образование озерных котловин.
Озерные котловины имеют различное происхождение, как экзогенное, так и эндогенное.
Озера экзогенного происхождения распространены наиболее широко. На пространствах севера России они связаны с выпахивающей, т.е. экзарационной деятельностью последнего оледенения и во многих местах, особенно в карелии,имеют общую субмеридиональную ориентировку. Многие озера старичного, пойменного, дельтового типа связаны с деятельностью рек и распространены на обширных пространствах Западно- Сибирской низменности, Восточной Сибири и Северо- Востока России. Эти озера обладают небольшими размерами и часто имеют серповидную в плане
форму. Маленькие, но неглубокие озера связаны с карстовыми котловинами, иногда с провальными суффозионными воронками. В горных областях озера нередко возникают в связи с обвалами, перегораживающими речные долины. В областях развития криолитозоны многие озера имеют термокарстовое происхождение, а также связаны с любыми участками местного протаивания, в том числе вызванного техногенными причинами.
Эндогенные по происхождению озера связаны с молодыми грабенами или их системами в активных рифтовых зонах. В Восточной Африке расположена позднекайнозойская рифтовая зона, в отдельных грабенах которой находятся глубокие озера: Мверу, Ньяса, Рудольф, Танганьика и др. В России оз. Байкал приурочено к молодому, активному рифту, как и еще ряд озер в этом же районе.
Много небольших озер в вулканических областях, например, на Камчатке, где озера приурочены к кальдерам, к кратерам на вершинах потухших вулканов. Лавовые потоки играют нередко роль плотин, перегораживающих долины, а выше плотин возникают озера.
Крупные озера – моря типа Каспийского, Аральского, Виктории и Чад в Африке и других приурочены к тектоническим опусканиям в земной коре. В последней половине ХХ в. возникло много больших озер – водохранилищ на крупных реках, как в России, так и в зарубежных странах, которые существенно влияют на окружающую, в том числе и геологическую среду, изменяют климат целых регионов.
Достаточно привести в пример зарегулированную Волгу, Днепр, Енисей, Нил и многие другие реки. В России сейчас 2220 больших, средних и малых водохранилищ, с суммарным объемом 793 км3, что составляет 18,6% от стока всех рек России, а их общая площадь – 65 тыс. км2, а это 0,4% площади всей России.
Состав озерной воды.
Подавляющее большинство озер заполнено пресной водой – речной, родниковой, таящих льдов, снегов. Реже озера имеют соленую или солоноватую воду – Каспийское и Аральское озера- моря, Алаколь, Лобнор, Убсу- Нур в Джунгарии и Южном Алтае; Ван и Урмия на Кавказе; Мертвое море- озеро на Ближнем Востоке; Большое соленое озеро в США. Соленость озерной воды в Мертвом море достигает 310 г/ л, а в оз. Эльтон в Прикаспийской впадине 280 г/ л, т.е. это уже почти рассолы.. В Каспии соленость вод в среднем 12,85‰, но есть участки, где она составляет 0,2-0,3 ‰.
В озерной воде в зависимости от климатической зоны существенно меняется содержание биогенных веществ, щелочности, кислорода, температура поверхностных и глубинных вод, их циркуляция и другие параметры. Характер минерализации в озерах различный. Есть озера хлоридные, сульфатные, карбонатные. В связи в тем, что в озера впадают реки, то последние приносят в воды озер как механические, так и различные органические взвеси. В пресных мелководных озерах много гуминовых веществ, обусловленных широким развитием растительности. В зависимости от сезонов в озерах преобладают либо механические взвеси, обычно весной и осенью, либо органические, летом. В Байкале вода исключительно чистая и прозрачная. Это самое крупное хранилище пресной воды на планете, превышающее по своему объему (23 тыс. км3) объем вод всех Великих озер Северной Америки и содержащее 20% мировых запасов пресных вод. Надо отметить, что и возраст оз. Байкал один из древнейших на планете, т.к. озеро образовалось 25-30 млн. лет назад, но в нем не наблюдается признаков старения. Огромная масса рачков – эпишура способна за 1 год три раза профильтровать 50- метровый слой байкальской воды, в которой и так очень мало взвешенных и растворенных примесей, но много кислорода, т.к. вода холодная.
Минерализация байкальской воды составляет 94,4 мг/ л, тогда как в других озерах она превышает 200-300 мг/ л. Перемещение воды в озерах, если они не проточные, ограничено. Волновые
процессы, связанные с ветром, также не очень сильные, хотя волны в несколько метров на крупных озерах не редкость. Если ветер, да еще сильный, дует длительное время в одну сторону, то образуются нагонные волны или сейши, при этом на наветренной части озера его уровень повышается, а в другой части, наоборот наблюдается сгон воды. Какие- то движения характерны для верхних горизонтов водной массы в застойных озерах, тогда как нижние остаются неподвижными. В таких условиях они насыщаются сероводородом за счет разложения органических остатков.
Геологическая деятельность озер. Характеризуется как разрушительной работой, так и созидательной, т.е. накоплением осадочного материала.
Абразия берегов осуществляется только волнами и редко течениями. Естественно, что в крупных озерах с большим водным зеркалом разрушительное действие волн сильнее. Но если озеро древнее, то береговые линии уже определились, профиль равновесия достигнут и волны, накатываясь на неширокие пляжи, только переносят песок и гальку на небольшие расстояния. Если же озеро молодое, то абразия стремится срезать берега и достигнуть профиля равновесия. Поэтому озеро как бы расширяет свои границы. Подобное явление наблюдается в недавно созданных крупных водохранилищах, в которых волны срезают берега со скоростью 5-7 м в год. Как правило, озерные берега покрыты растительностью, что уменьшает волновое воздействие.
Осадконакопление в озерах осуществляется как за счет привноса обломочного материала реками, так и биогенным, а также хемогенным путями. Реки, впадающие в озера, как и временные водные потоки, несут с собой различный по размеру материал, который откладывается у берега, либо разносится по озеру, где взвесь выпадает в осадок.
Как правило, в озерных терригенных отложениях наблюдается очень тонкая слоистость, которая связана с сезонными колебаниями климата, т.к. весной привнос материала больше, чем зимой и он более грубый, а в горных озерах – летом, когда тают снега и ледники.
В крупных озерах, в устьях впадающих в них рек формируются небольшие дельты. Органогенное осадконакопление обусловлено обильной растительностью на мелководьях, хорошо прогреваемых Солнцем. Берега покрыты разнотравьем. А под водой растут водоросли. Зимой, после отмирания растительности она скапливается на дне, образуя слой, богатый органикой. В поверхностном слое воды развивается фитопланктон, цветение которого происходит летом. Осенью, когда водоросли, трава и фитопланктон.
Погружаются на дно, там образуется илистый слой, насыщенный органикой. Т. к. на дне в застойных озерах кислорода почти нет, то анаэробные бактерии превращают ил вжирную, желеобразую массу – сапропель, содержащую до 60-65% углерода, которую используют как удобрение или лечебную грязь. Сапропелевые слои имеют мощность в первые метры, хотя иногда достигают 30 и даже 40 м, как, например, в Переяславском озере на Русской равнине. Запасы ценного сапропеля огромны и только в Белоруссии составляют 3,73 млрд. м3, хотя там и происходит их усиленная добыча.
В некоторых озерах формируются невыдержанные слои известняков – ракушечников или диатомитов, образующихся из диатомовых водорослей, имеющих кремневый скелет.
Многие озера в наши дни подвергаются большой антропогенной нагрузке, что изменяет их гидрологический режим, уменьшает прозрачность вод, резко увеличивается содержание азота и фосфора. Поступление в озера этих биогенных веществ вызывает их эвтрофикацию и даже гиперэвтрофикацию. Техногенное влияние на озера заключается в сокращении площадей водосборов, перераспределением потоков грунтовых вод, использованием озерных вод как охладителей для электростанций, в том числе АЭС.
Хемогенные отложения особенно характерны для озер аридных зон, где вода интенсивно испаряется и поэтому происходит выпадение в осадок поваренной и калийной солей (NaCl), (KCl, MgCl 2), мирабилита (Na2 SO4 ·10H2 O), соды (Na2 CO3 · 10H 2 O), соединений бора, серы и других. В зависимости от наиболее характерных хемогенных осадков озера подразделяются на сульфатные, хлоридные, боратные. Последние характерны для Прикапийской низменности (Баскунчак, Эльтон, Индер). Сезонные климатические изменения выражаются в чередовании тонких слоев, т.к. выпадение солей интенсивнее происходит летом, чем зимой. Нередко в озерах накапливаются железистые и марганцевые конкреции, размером до первых сантиметров, которые иногда образуют сплошной слой, мощностью в первые метры. Такие железные руды в древности шли в разработку.
В настоящее время многие озера нуждаются в восстановлении, в частности, те, которые подверглись антропогенному эвтрофированию. Необходимо уменьшить приток в них биогенных веществ и продуктов эрозии.
Геологическая деятельность болот
Болото представляет собой аккумулятивные образования, характеризующиеся временным или постоянным, избыточным увлажнением, наличием влаголюбивой растительности и присутствием торфяных залежей. Влажные зоны теплого и умеренного климата – основные участки суши, где болотный процесс является ведущим, а общая площадь современных болот на земном шаре превышает 2 млн. км2 и торфяные залежи распространены на площади в 113 гектаров.
Для существования болота необходим высокий уровень стояния грунтовых вод, наличие впадин в рельефе поверхности Земли, достаточное количество осадков и отсутствие контраста их распределения по временам года и значительная биомасса влаголюбивой растительности.
Типы болот определяются условиями их формирования и положением в рельефе местности. Низинные болота характерны для понижений в рельефе и приурочены к плоским, иногда обширным низинам, окаймленным возвышенностями. В таких нининах водный сток обычно замедленный, питаются они либо за счеи поверхностных текучих вод, либо подземного стока при наличии неглубоко залегающего водоупора. В низинных болотах влаголюбивая растительность обладает большой массой и представлена осокой, тростником, различными мхами, кустарниками. Нередко озера, постепенно зарастающие, превращаются в болота низинного типа.
Верховые болота имеют меньшие размеры, чем низинные и располагаются во впадинах на возвышенных участках рельефа. Питаются верховые болота за счет атмосферных осадков, т.к. на водоразделах уровень грунтовых вод залегает глубоко и необходим близповерхностный слой водоупорных пород, чтобы задерживать влагу. В верховых болотах, бедных минеральными солями, распространен белый сфагновый мох, а также различные кустарники и древесная растительность, т.к. верховые болота быстро зарастают.
Переходный тип болот характеризуется питанием как за счет подземных вод, так и атмосферных осадков и в таких болотах развита растительность, не требующая большого количества минеральных веществ.
Болота приморских низин занимают обширные пространства побережий во влажных субтропиках и тропиках, где развиваются особые типы древесной растительности, корни которой расходятся от ствола еще над водой и погружены ниже уровня болота в виде растопыренных «пальцев». Особенно характерны тропические болота с мангровыми деревьями, имеющими ходульные и дыхательные корни (пневматофоры). Такие мангровые заросли на илистых приморских низинах периодически затопляются водами океанов во время приливов. Мангровые болота распространены в Южной Азии, Восточной Африке, в Австралии и на островах Тихого океана.
Происхождение болот и отложения.
Крупные болотные районы с интенсивным накоплением торфа приурочены к обширным пространствам в Западно- Сибирской низменности, на севере Восточно-Европейской равнины, в Прибалтике. Горизонтальная климатическая зональность, радиационный баланс, количество атмосферных осадков обеспечивают высокую степень увлажненности и замедленный, почти до полного его прекращения, сток в условиях очень слабо расчлененного рельефа. Возникают торфяно - болотные ассоциации, как, например, в Мещёре, Припятском Полесье, на Обь- Иртышском междуречье в Западной Сибири.
Существование болот зависит от ежегодного прироста биомассы и, одновременно, процесса опада – отмирания растений. Когда прирост биомассы и величина опада сравняются, за этим наступает период деградации биомассы и болота в целом. В речных долинах, где развиты многочисленные меандры и старицы, скорость стока вод замедляется настолько, что в илистом грунте начинают укореняться ростки водных растений, которые, в свою очередь, еще более замедляют и так невысокую скорость течения, и начинается зарастание дна. Река уже не дренирует пойму, в ней возникает избыточное увлажнение и рост специфической болотной растительности.
Образуется пойменное болото, обычно развивающееся там, где преобладает аккумулятивная деятельность поверхностных вод. Нередко болота образуются при зарастании озер, которое происходит от берегов к середине. Осенью водные растения отмирают, падают на дно и формируют слой растительного ила, который постепенно превращается в торф. Наконец, озеро полностью зарастает и превращается в озерное болото. Иногда, на сравнительно глубоких озерах, водная поверхность покрывается, как одеялом, слоем растений и мхов, называемым зыбуном или сплавиной, ниже которого находится чистая вода, а на дне скапливается торф. Такой слоистый «пирог» постепенно лишается чистой воды в середине и сплавина смыкается с донной торфяной залежью.
Среди болотных отложений наибольшее значение имеет торф, образующийся в результате накопления отмершей болотной растительности – различных трав, мхов, кустарников и деревьев. Погрузившаяся в воду растительность, постепенно образует слой в несколько метров, в котором, при недостатке кислорода происходит неполное разложение остатков растительности с помощью микроорганизмов, формирование гумусов – темного аморфного органического вещества и увеличение содержания углерода до 55-60%. Следовательно, торф – это полуразложившиеся растительные остатки бурого цвета. Различные виды торфа связаны с преобладающим типом болотной растительности – осоковой, тростниковой, древесной, сфагновой (моховой) и др. Для образования торфа необходима избыточная увлажненность, замедленный водообмен, низкая степень аэрации, формирование особой геохимической среды. В торфе содержится не более 50% минеральных компонентов в пересчете на сухое вещество.
Районы с интенсивным торфонакоплением приурочены к зоне умеренного климата в Северном полушарии и в бассейне Конго в Центральной Африке. Торф используется как топливо, хотя и невысокого качества из - за большой зольности. Под Москвой уже почти 100 лет работает Шатурская ТЭС, потребляющая торф из обширных болот, где мощность торфа превышает 10 метров. Второе. По важности, применение торфа – удобрение в
сельском хозяйстве. Из торфа получают также теплоизоляционный материал, деготь, парафин, воск и др. Мировые запасы торфа превышают 500 млрд. т, из них на Россию приходится около 190 млрд. тонн.
К довольно типичным болотным отложениям относятся дерновые железные руды, формирование которых связано с привносом железистых соединений грунтовыми водами. Источником железа являются моренные отложения четвертичных оледенений. Болотные руды связаны, в основном, в низинными болотами, куда поступает железо с водосборов, где оно входит в состав кор выветривания, или ледниковых морен. Железистый сток в гумидной зоне, где образуются болота, связавн с уменьшением поступления в воду силикатных компонентов, а перестройка всей геохимической системы ведет к увеличению подвижности железа и его концентрации до сотни миллиграммов на литр, что отвечает уже уровню настоящих рудоносных растворов. Для того, чтобы начали формироваться железные руды необходимы особые условия рельефа в виде заливов, затонов и других ловушек с ослабленной динамической деятельностью водных масс. Болотные железные руды состоят чаще всего из сидерита – FeCO3, обладающего гороховой структурой.
Говоря о болотных отложениях нельзя не упомянуть об углеобразовании. Пласты торфа погружаясь, при отрицательных движениях земной коры подвергаются давлению вышележащей толщи пород и воздействию повышающейся с глубиной температуры, в связи с чем торф претерпевает изменения, проходя через несколько стадий.
Буроугольная стадия изменения торфа заключается в обогащении его углеродом и в сильном превращении остатков растительности. Так образуется бурый уголь, сравнительно рыхлое вещество, в котором появляются более сложные гумусовые кислоты, отсутствующие в торфе.
В дальнейшем, под влиянием более высоких температур и давлений, количество углерода возрастает и на новой стадии бурые угли переходят в каменные, которые сильно отличаются от бурых. Это твердая, плотная порода.
При дальнейшем изменении каменные угли на антрацитовой стадии переходят в наиболее углефицированные породы, состоящие почти из чистого углерода. Антрацит – порода черного цвета, иногда с золотистым оттенком, однородная, плотная, блестящая.
Антрацит представляет собой каменный уголь. Подвергнутый сильному метаморфизму. От неизмененной древесины к антрациту закономерно возрастает содержание углерода и уменьшается водорода, кислорода и азота.
