Экзогенные процессы и осадконакопление

Попадая в условия земной поверхности горные породы оказываются в обстановке резко отличающейся от той, в которой они образовались и начинают подвергаться воздействию внешних оболочек Земли – атмосферы, гидросферы и биосферы. Это обусловливает неустойчивость минералов и горных пород, образовавшихся в иных условиях, их разрушение и формирование новых минералов. Весь комплекс процессов преобразования горных пород и минералов на дневной поверхности называется выветриванием. Чтобы не путать их с геологической деятельностью ветра, А.Е.Ферсман предложил именовать термином «гипергенез», а область, в которой они развиты зоной гипергенеза.

Гипергенез (выветривание) представляет собой совокупность процессов физического разрушения и химического разложения минералов и горных пород на месте их залегания, вызванных колебанием температуры, химическим воздействием воды, газов, биохимическим воздействием организмов в процессе их жизнедеятельности и продуктов их разложения после вымирания.

В зависимости от факторов воздействующих на горные породы и результатов этого воздействия процессы выветривания разделяется на две группы:

1) физическое;

2) химическое.

Физическое выветривание вызывается различными причинами, но ведущая роль принадлежит факторам, обуславливающим механическое движение частиц.

Температурное выветривание связано с изменением объема составных частей горных пород, расширяющихся при нагревании и сжимающихся при остывании. В результате периодически сменяющихся сжатий и расширений сцепление между минеральными зернами ослабевает и тем больше, чем крупнее зерна и темнее порода. Наибольшему разрушению в результате температурного выветривания подвергаются полиминеральные породы. Минералы, из которых они состоят, обладают неодинаковым коэффициентом объемного расширения. К тому же у одного и того же минерала коэффициент линейного расширения меняется в зависимости от направления в кристалле. В результате температурное выветривание наблюдается почти во всех климатических зонах, но наиболее интенсивно оно протекает в областях, характеризующихся резкими контрастами температур, особенно суточных и отсутствием или слабым развитием почвенно-растительного покрова смягчающего температурные колебания.

Механическое выветривание представляет собой процесс, при котором разрушение пород происходит под воздействием посторонних факторов:

- замерзающей воды (морозное выветривание);

- корней растений и роющих животных (органогенное выветривание);

- кристаллизации солей (солевое).

Химическое выветривание представляет собой результат взаимодействия горных пород наружной части литосферы с химическими элементами атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы. Наибольшей химической активностью отличаются вода, кислород, углекислый газ, органические кислоты. Процессы, протекающие при химическом выветривании могут быть сведены к следующим основным реакциям: гидролизу, окислению, восстановлению, гидратации, растворению и др.

Роль организмов в химическом выветривании определяется тем, что они разрушают горные породы, выделяя в них разнообразные химически активные вещества и захватывая из раствора необходимые элементы. Большое значение имеют органические кислоты, образующиеся при разложении живого вещества.

В результате всей совокупности процессов физического и химического разрушения горных пород образуются различные продукты гипергенеза, формирующие кору выветривания. Они разделяются на:

1) остаточные – которые остаются на месте разрушения исходной горной породы. Эти не перемещенные продукты выветривания представляют собой один из важнейших генетических типов континентальных образований называемых элювием;

2) подвижные – которые уносятся на то или иное расстояние в результате воздействия различных факторов: силы тяжести, ветра, воды, льда и т.д.

В зависимости от особенностей агента выветривания, трансформации горных пород и переноса обломков в зоне гипергенеза выделяют несколько основных экзогенных геологических процессов: геологическую деятельность ветра, ледников, поверхностных и подземных вод и другие.

Геологическая деятельность ветра проявляется в различных климатических зонах, но особенно большая работа производится в областях сухого климата, где имеет место сочетание следующих особенностей:

1) резкие суточные изменения температур, обуславливающие интенсивность процессов физического выветривания;

2) незначительное количество атмосферных осадков выпадающих редко, не регулярно и в форме ливней;

3) превышение испарения над осадками (в 5-15 раз);

4) разреженность растительного покрова или его полное отсутствие;

5) наличие материала, способного перемещаться ветром;

6) частые ветры большой силы (более 10 ^м/_сек).

Геологическая деятельность ветра состоит из процессов дефляции, корразии, переноса и аккумуляции. Все процессы, обусловленные деятельностью ветра объединяются названием эоловые процессы. Эоловыми называются и континентальные отложения (лессы) возникающие при ветровой аккумуляции и специфические формы рельефа (барханы, дюны и др.).

Дефляция – процесс выдувания и развеивания ветром различных частиц горных пород. Когда развеивание осуществляется на значительных площадях более или менее равномерно, то его принято называть плоскостной или площадной дефляцией. Местами наблюдаются бороздовая дефляция (при сочетании пород с различной устойчивостью) проявляется в виде борозд, понижений, отдельных щелей.

Перенос. При движении ветер захватывает мелкие пылеватые частицы, перенося их на значительные расстояния и оставляя на месте более крупный обломочный материал. В зависимости от силы ветра частицы переносятся во взвешенном состоянии или волочением. При скорости 10 ^м/_сек в воздух поднимаются частицы диаметром до 1 мм, 20 ^м/_сек – до 4-5 мм и так далее. Частицы мельче 0,1 мм могут находиться в тропосфере несколько дней (даже недель) и за это время переносятся вместе с захватившими их воздушными массами на большие расстояния.

Корразия – представляет собой механическую обработку горных пород ветром при помощи переносимых им частиц: обтачивание, шлифование, высверливание и др. В силу неодинаковой прочности обтачиваемых пород, а также ввиду уменьшения производимой работы по мере удаления от поверхности земли, образуются своеобразные корразионно-дефляционные формы: грибообразные, качающиеся скалы, ниши, ячеистые поверхности и т.д.

Аккумуляция – процесс накопления переносимых ветром частиц в результате выпадения из воздушного потока. Вследствие ослабления ветра, изменения рельефа или растительного покрова, образующих механические барьеры на пути воздушного потока, формируются эоловые отложения, представленные песками, лессами и своеобразный грядово-барханный рельеф.

Геологическая работа ледников в настоящее время проявляется лишь на 10% суши или около 16 млн. км² и сосредоточена в высоких широтах и высокогорных районах. Однако еще не так давно они занимали значительно большую площадь. Южная граница крупнейшего оледенения – днепровского, проходила по северу Ростовской области и Украины, а в Западной Европе оледенение спускавшееся со Скандинавии смыкалось с альпийскими ледниками. В период максимального распространения четвертичных ледников они занимали более 30% суши. Поэтому большая часть почвообразующих отложений Европы сформировалась под воздействием ледников. Немаловажна роль ледников и в образовании рассмотренных выше лессов. Основным источником аэральной пыли, из которых состоят лессы, служили активно развеиваемые ветром ледниковые отложения отступающих на север материковых льдов.

Ледник - масса фирна и льда, образовавшаяся путем длительного накопления и преобразования твердых атмосферных осадков (снег > зернистый снег > фирн > зернистый лед > ледниковый лед) и обладающая собственным движением.Множество ледников объединенных общими связями с окружающей средой и внутренними взаимосвязями и свойствами, образуют оледенение или ледниковую систему. Причина образования ледников климатическая. Основным условием их существования является положительный снеговой баланс, т.е. преобладание накопления снега над его расходом. Этому способствует большое количество твердых атмосферных осадков и длительный период отрицательных температур. Кроме климатических факторов образованию ледников способствуют геоморфологические: высота, экспозиция склонов, ориентация горных хребтов по отношению к направлению переноса влажных воздушных масс, вогнутые или плоские формы рельефа.

Ледники разделяются на покровные и горные. Покровные делятся на:

1) ледниковые купола - (выпуклые ледники мощностью до 1000 м);

2) ледниковые щиты - (выпуклые ледники мощностью более 1000 м и площадью более 50000 км²);

3) выводные ледники - быстродвижущиеся ледники, через которые осуществляется расход льда покровных ледников. Обычно заканчиваются в море;

4) шельфовые ледники - плавающие или частично опирающиеся на дно.

Горные ледники разделяются на:

1)ледники вершин - покрывающие вершины горных хребтов, вулканов, кальдер;

2) ледники склонов - занимающие склоны, впадины, кары;

3) долинные ледники - лежащие в верхней и средней частях горных долин.

На каждом леднике можно выделить две области. Верхнюю, где идет накопление снега, фирна и льда называют областью питания или аккумуляции. Нижнюю - где лед, переместившись из области питания, тает - называют областью абляции или расхода. Область абляции ледника часто называют языком ледника.

Основой питания ледников служат твердые атмосферные осадки. Кроме них участвуют жидкие осадки и метелевый перенос, а также конденсация водяного пара в твердую фазу (сублимация). Твердые осадки обеспечивают 80% прихода, метелевый перенос 15%, лавины 5%, нарастающие осадки 0-2%. Чем меньше ледник, тем большую роль играет метелевый перенос.

Постепенное накопление снега и льда в области питания, приводит к его избытку и под действием силы тяжести обладающий пластичностью лед смещается вниз по склону в область абляции, перенося в себе и на себе огромную массу обломочного материала, называемого мореной. Морену, содержащуюся в леднике разделяют на:

- боковую;

- срединную;

- покровную;

- внутреннюю;

- нижнюю (донную).

В отложенной морене выделяют следующие части:

- конечную;

- основную;

- абляционную.

Движение ледников проявляется в одном направлении (не путать с отступанием ледника связанным с изменениями условий питания и усилением таяния). Под действием силы тяжести и давления лед становится текучим и благодаря пластичности медленно перемещается. При этом скорость движения ледника возрастает пропорционально уклону ложа и массе льда. Скорость движения возрастает в местах сужения русла ледяного потока. Во время движения ледники встречают на своем пути небольшие возвышенности, скалы выламывают их, сглаживают, шлифуют, округляют, образуя «бараньи лбы», «курчавые скалы» (рис. 1.5.). При различной прочности и степени трещиноватости пород, слагающих ложе, ледники выпахивают отдельные углубления, называющиеся ваннами выпахивания.

 

 

Рис. 1 5. Область абляции ледника

Самые большие ледники Альп и Кавказа движутся со скоростью 10-150 м в год, а ледники Памира и Гималаев – со скоростью до 1200-1500 м в год. Существуют также пульсирующие ледники, в которых период покоя (недели, иногда месяцы) сменяется резким ускорением до 100 м в сутки и более.

Таким образом, геологическая деятельность ледников складывается из разрушения, переноса и аккумуляции отложений. Разрушительное действие ледников называется экзарацией.

По климатическим условиям существования к ледникам близки многолетнемерзлые породы. Наука о закономерностях формирования и распределения многолетней мерзлоты, о процессах происходящих в этой зоне называется мерзлотоведением или геокриологией. Мерзлыми породами называют породы характерными признаками которых являются нулевая или отрицательная температура и присутствие в них льда, заключающегося в порах и трещинах. Подземные льды разделяют на:

- собственно лед;

- лед-цемент;

- жильные льды;

- повторно жильные;

- пещерные;

- погребенные.

При промерзании влажных или насыщенных водой рыхлых горных пород происходит выпучивание их, связанное с увеличением объема воды, превращающейся в лед. После таяния льдистых мерзлых пород связи между отдельными частицами нарушаются и под давлением собственного веса они проседают. В результате многократного промерзания и оттаивания горных пород возникает специфический ландшафт и специфические формы рельефа:

- бугры пучения;

- воронки;

- структурно-полигональные образования.

С многолетнемерзлыми породами связаны понятия термокарст и солифлюкция.

Термокарст – представляет собой процесс вытаивания подземного льда, заключенного в верхней части многолетнемерзлой зоны и связанное с этим проседание поверхности Земли и образование отрицательных форм рельефа.

Солифлюкция – течение рыхлых переувлажненных масс грунта на склонах. Особенно часто проявляется в переувлажненных тонкодисперсных грунтах с формированием солифлюкционных террас, внешне похожих на речные.

Деятельный слой - это слой, который в течение года периодически оттаивает и замерзает. Его мощность зависит от широты расположения местности и характеристик грунта. Так, в песках он от 1,2 м до 4 м, а в глинистых грунтах 0,4-2,5м.

Строительство и эксплуатация объектов на территории вечной мерзлоты представляет собой сложную работу и осуществляется по специальным нормативам. При земляных работах строителям приходится разрабатывать вечную мерзлоту, как скальный грунт. Поэтому при строительстве стремятся неделать выемок. Деформация зданий и сооружений связана с оттаиванием вечномерзлых грунтов. В целом строительство в районах вечномерзлых грунтов осуществляется по трем принципам:

-без учета мерзлого состояния мерзлых грунтов, например, при наличии скального основания;

-при сохранении мерзлого состояния грунтов на весь период эксплуатации объектов;

-с предварительным (до строительства) оттаиванием мерзлых грунтов и последующим их укреплением или заменой на другие грунты, например, глинистые грунты на щебеночные.

Выбор варианта или их комплексное применение зависит от геологии строительной площадки, состава и состояния мерзлых грунтов, технических возможностей строительной организации. Эксплуатация зданий и сооружений в районах вечной мерзлоты требует непрерывного контроля за состоянием грунтов, постоянных профилактических и ремонтно-восстановительных работ.

Мерзлотные процессы также связаны с сезонными замораживаниями и оттаиваниями. Зимнее промерзание глинистых грунтов приводит к их пучению, т.е. увеличению их объема. При этом развивается давление до 100-200 кПа. Если давление пучения превышает давление от собственного веса грунтов и веса зданий (сооружений), происходит подъем поверхности грунта вместе со зданиями и сооружениями. Наиболее подвержены зимнему пучению пылеватые суглинки и супеси. В грунтах вида галечник, гравий и крупный песок, морозное пучение не наступает. Влияние зимнего пучения на устойчивость зданий предотвращают закладкой фундамента на глубину, превышающую зимнее промерзание грунта, которое принимается в расчетах, как среднее значение за последние 10 лет.

В связи с потеплением климата территории развития этих процессов в России расширяется, что приводит к возникновению инженерно-геологических проблем, связанных с ослаблением несущей способности размораживающихся грунтов, так как многие сооружения возведены с учетом сохранения вечной мерзлоты, с помощью отвода или изоляции тепла (воздушные зазоры, песчано-гравийные отсыпки и т.д.).

Многолетняя («вечная») мерзлота занимает около 60% территории России и является наследием времен с более суровым климатом (ледниковых периодов). Отрицательные температуры проникают в земную кору до глубины 1300-1500 м, а минимальные среднегодовые значения достигают -15...-16^оС. Вечномерзлый покров литосферы очень неоднороден: вдоль верхнего (северного) края карты России он почти сплошной, с редкими дырами и прорезями в виде таликов под крупными озерами и реками. Мощность мерзлоты здесь максимальна, а температуры минимальны (рис. 1.6). К югу таликовых прорех становится все больше, толща мерзлоты уменьшается, температура ее повышается и у нижнего, южного края вечной мерзлоты от сплошного покрова остаются одни лоскутки - острова мерзлых пород мощностью в несколько десятков метров с температурой, близкой к нулю.

 

Рис. 1.6. Районы развития зон многолетней мерзлоты в России

районы со сплошным распространением многолетней мерзлоты; районы распространения многолетней мерзлоты с талыми грунтами; районы с участками многолетней мерзлоты; районы, лишенные многолетней мерзлоты

Быстрое оттаивание мерзлых пород приведет к глубокому и неравномерному проседанию поверхности и разрушению инженерных сооружений. А в пределах криолитозоны России сосредоточено более 30% разведанных запасов нефти страны, около 60% газа, крупные залежи каменного угля и торфа, большая доля цветных металлов, золота и алмазов, огромные объемы древесины и пресной воды. Значительная часть природных богатств уже вовлечена в хозяйственный оборот. Создана дорогостоящая и уязвимая инфраструктура: нефтегазопромысловые объекты, магистральные нефте- и газопроводы протяженностью в тысячи километров, шахты и карьеры, гидроэлектростанции, города и поселки, автомобильные и железные дороги, аэродромы и порты. На «вечной» мерзлоте стоят Магадан, Анадырь, Якутск, Мирный, Норильск, Игарка, Воркута и другие города,

Геологическая деятельность воды проявляется не только когда она превращается в лед. Более масштабна работа текущей воды. Она начинается с дождевых капель, как только они достигают поверхности земли. Капли обладают большой кинетической энергией, которая при ударе расходуется на разрыхление и вынос мелких частиц с незащищенной поверхности почвы. Расчеты показывают, что кинетической энергии ливня, во время которого выпадает 10 см осадков, достаточно для того, чтобы поднять слой почвы мощностью 10 см на высоту 2 м. В реальности почва не поднимается вверх на такую высоту, а разрыхляется.

Когда атмосферных осадков выпадает больше, чем может впитаться в почву, избыток воды стекает по поверхности. На пологих склонах сток проявляется в виде плоскостного смыва, при котором тонкая пленка воды (или множество тонких струек и капель) движется вниз по склону, вызывая плоскостную эрозию и формируя ниже по склону делювиальные (склоновые) отложения (рис. 1.7).

Обычно склоновый сток способен эродировать только мелкодисперсный алевритовый и глинистый материал, оставляя на месте в виде остаточных продуктов песок и гальку. Тем не менее суммарный эффект плоскостного смыва очень значителен. За год с одного га обрабатываемого поля с уклоном поверхности до 5⁰ могут быть смыты десятки тонн почвы.

Вода, движущаяся по неровной поверхности, может скапливаться в отдельные ручейки и потоки, которые приурочены ко дну понижений. На почти ровной поверхности скорость течения воды ничтожна, поэтому вода может просачиваться в почвы в течение длительного времени. Чем круче наклон поверхности, тем выше скорость движения воды. Собравшаяся в ручьи вода обладает большей несущей и эрозионной способностью, и плоскостная эрозия преобразуется в линейную. В период активных осадков или таяния снега вода при своем движении размывает дно понижений, углубляя их и расширяя площадь водосбора, за счет донной и боковой эрозии, формируя рытвины и овраги. При своем движении, она выносит продукты размыва горных пород к устью, где кинетическая энергия потока падает, а переносившиеся водой частицы выпадают в осадок, формируя пролювиальные отложения (отложения временных водных потоков). Ближе к выходу из оврага накапливаются самые крупные обломки, дальше более мелкие. В плане эти отложения похожи на конус, примыкающий к склону, поэтому называются конусом выноса.

 

Рис. 1.7. Формы водной эрозии

 

Еще большая геологическая работа производится реками земного шара. Ежегодно речными водами в Мировой океан выносится около 4,0 млрд. т солей, что значительно больше, чем с подземными водами (1,2 млрд. т) и ледниками (0,03 млрд. т). Значительно больше веществ – около 20,0 млрд. т, реки переносят в минеральной форме или в виде наносов. Наносы - содержащиеся в водных потоках, твердые, преимущественно минеральные частицы, поступающие в воду в результате эрозии земной поверхности и вымывания грунтов, переносимые во взвешенном или влекомом состоянии. Геологическая деятельность рек складывается из трех основных составляющих: эрозии, переноса и аккумуляции. Соотношение этих трех процессов определяет характер реки на различных участках и этапах ее развития.

Эрозия (донная и боковая), производимая речной водой включает несколько процессов, действующих одновременно. Это абразия или механическое разрушение речного дна и берегов под действием ударов и трения частиц, движущихся в потоке (по аналогии с эоловой корразией), гидравлическое выпахивание, обусловленное стачивающим, расклинивающим действием и подъемной силой движущейся воды (особенно турбулентными потоками), и растворение материалов слагающих речное русло. Интенсивность речной эрозии определяется уклоном речного ложа (величина перепада отметок дна, деленная на расстояние по горизонтали), расходом воды в реке (количеством воды в единицу времени) и наличием взвешенных и влекомых частиц.

Перенос реками продуктов размыва русла и долины производится в растворенном состоянии, взвешенном, а наиболее крупные обломки скользят и перекатываются по дну. От верховьев реки к устью размеры частиц на дне, берегах и в потоке уменьшаются. Это вызвано ослаблением скорости движения, сортировкой (мелкий материал переносится на большие расстояния) и абразивным истиранием.

Аккумуляция транспортируемого реками материала (аллювия) наблюдается в тех частях речных долин или русла, где несущая способность водного потока снижается. Обычно это происходит при приближении к приемному водоему или базису эрозии. Базис эрозии – самый низкий уровень, до которого река может размывать свое ложе (уровень приемного водоема). Базис эрозии достигнут, когда уклон русла приближается к нулю, а течение останавливается или замедляется. После этого река не способна производить работу (эрозию). Большое количество обломочного материала, переносимого реками, откладывается в виде отмелей, островов, песчаных баров в застойных участках русел. Эти недолговечные отложения могут быть смыты во время очередного паводка, когда объем и скорость потока возрастают.

 

 

Рис. 1.8. Поперечное сечение долины реки

 

Особенности строения речных долин, наличие разновозрастных террас связаны с колебанием базиса эрозии и бассейна реки. Понижение базиса эрозии приводит к усилению эрозии, врезанию в русло реки, увеличению транспортирующей способности водного потока и выработке нового равновесного профиля долины. В результате формируются эрозионные (скульптурные) террасы размыва, в которых вся площадка и уступ слагаются коренными породами (рис. 1.8). Повышение базиса эрозии или понижение отметок в бассейне реки, приводит к ослаблению донной эрозии, усилению боковой и аккумуляции аллювиального материала, который образует площадку террасы и уступ. Кроме того, существуют смешанные (цокольные) террасы, характеризующиеся тем, что в нижней части уступа выходит на поверхность цоколь, а верхняя часть уступа и площадка слагаются аллювием.

Речные долины по происхождению могут быть тектоническими, ледниковыми и эрозионными. По форме поперечного профиля речные долины подразделяют на теснины, ушелья-каньоны, V-образные, трапецеидальные, ящикообразные, корытообразные и др. Их форма во многом является отражением стадии и истории развития реки. В поперечном профиле долины выделяют склоны долины (вместе с уступом и надпойменными террасами, в настоящее время не заливаемыми водой) и дно долины. В пределах дна (ложа) долины находятся русло реки (наиболее низкая часть долины, занятая водным потоком в межень) и пойма (часть речной долины, заливаемая во время половодья или значительных паводков).

Русла рек по форме в плане подразделяются на прямолинейные, извилистые (меандрирующие), разделенные на рукава, разбросанные (блуждающие). Продольный профиль реки - это график изменения отметок дна и водной поверхности вдоль русла. Разность отметок дна или водной поверхности реки на каком-либо ее участке называется падением (_^Н). Разность отметок истока и устья реки составляет полное падение реки. Продольные профили рек могут быть плавновогнутыми, прямолинейными, выпуклыми, ступенчатыми. Перегибы профиля обычно приурочены к местам впадения притоков (ниже их профиль, как правило, выполаживается), а также к местным базисам эрозии, в качестве которых могут быть главная река для притока, пороги, водопады, проточные озера, водохранилища и др. Уровень приемного водоема (океана, моря, бессточного озера), куда впадает река, называют главным базисом эрозии.

Впадение реки в приемный водоем часто сопровождается образованием дельты. Когда речной поток достигает относительно спокойной воды и его течение замедляется, основная масса более грубых осадков откладывается, а тонкий алевритовый и глинистый материал выносится дальше в водоем. Реки при этом наращивают сушу, которая все дальше выдвигается в море. Если эти отложения не размываются прибрежными или приливно-отливными течениями, то они формируют дельту, которая по очертаниям напоминает греческую букву ^. Дельта – устьевая часть реки, в которой происходит разгрузка переносимого материала и которая постепенно нарастает в сторону озера, моря, океана.

За зоной накопления кластического (обломочного) материала могут формироваться отложения карбоната кальция путем химического осаждения или в виде скопления известковых раковин. Кроме того, речная вода как менее минерализованная, некоторое время держится на поверхности более плотной соленой морской воды, пока не смешается с ней. Когда пресная и соленая вода смешиваются, соли морской воды заставляют содержащиеся в речной воде мельчайшие глинистые частицы, коагулировать, образуя хлопья, достаточно крупные для того, чтобы выпасть в осадок. В результате осадки разного состава и размерности частиц располагаются последовательно, образуя полосы, приблизительно параллельные берегу. Таким образом, поверхностные текучие воды производят огромную работу, формируя скульптурный облик суши, озерные и морские (океанические) осадки.

Моря и океаны занимают почти 71% поверхности планеты и в них содержится около 1,4 млрд. км³ воды. Эти массы находятся в непрерывном движении, постоянно производя работу, которая, как и в континентальных водных объектах сводится к трем видам:

- разрушению;

- переносу продуктов разрушения;

- отложению осадков и образованию новых пород.

Разрушительная деятельность моря называется абразией. Разрушение связано с движением воды и проявляется преимущественно в береговой полосе Мирового океана на протяжении около 2000000 км. Абразия берегов происходит как в результате ударов волн и переносимой ими гальки, так и силами, возникающими при отливе или приливе. Сила давления волн достигает 16 т/м², а при таких явлениях как цунами значительно больше. В результате абразии на крутых берегах формируется абразионный уступ – клиф, иногда с нависающими склонами, а у подножия уступа – абразионная терраса, верхняя надводная часть которой называется пляжем. В результате постепенного разрушения горных пород граница берега отступает в глубь суши. Величина отступания может быть различной – от сантиметров до десятков метров в год.

Размыв берегов может сопровождаться оползнями, обрушениями, обвалами слагающих берега горных пород. По мере отступания берегов и расширения абразионной террасы, их разрушение ослабевает. Если же береговые течения уносят обломочный материал с террасы, то абразионная деятельность вновь усиливается. Огромную разрушительную силу производят морские течения. Например, Гольфстрим смывает на своем пути все терригенные тонкозернистые отложения со дна мелкоморья и верхних частей материкового склона.

Обломочный материал, транспортируемый волнами и течениями, может двигаться вдоль берега или уноситься на глубину за пределы действия волн. Находясь в непрерывном движении, обломки горных пород окатываются, измельчаются до песка. Местами материал, перемещаясь вдоль берега, попадает в бухты или получает возможность спокойно осесть на дно, там, где волны и течения ослабевают. Часть материала уносится на глубину, и чем мельче частицы, тем дальше от берега. За пределами волноприбойной террасы постоянно растет подводная аккумулятивная терраса. Более тонкодисперсный материал (алевритовый и глинистый), который может находиться в толще воды длительное время уносится от берегов на десятки километров, формируя терригенные осадки.

Переносимое реками в растворенной форме вещество, попадая в бассейн осадконакопления под влиянием изменившихся физико-химических условий (pH, Eh, солености и других), концентрирования, деятельности живых организмов может выпадать из раствора с образованием хемогенных осадков.

На большей части акватории Мирового океана осадконакопление связано не с абразией берегов или денудацией суши, а с отложением тонкодисперсного аэрального, космического материала или продуктов деятельности живых организмов. В результате их накопления (седиментации) в глубоководной зоне морей и океанов формируются разнообразные по составу осадки – глобигериновые, фораминиферовые и другие органические илы (образованные остатками отмерших форм планктона с примесью глинисто-пылеватых частиц), красно-коричневые илы и глины и так далее.

 

Осадочные горные породы

 

Исходя из источников отлагающегося материала, различают осадки терригенные (в минеральной), хемогенные (в коллоидной или растворенной форме), осадки органического, вулканического и внеземного происхождения. Во время и после накопления осадка он подвергается низкотемпературным физическим и химическим преобразованиям, которые включают уплотнение, цементацию, перекристаллизацию и замещение. Все эти процессы в совокупности составляют диагенез, в результате которого первичный рыхлый осадок литифицируется и превращается в осадочную горную породу. Если магматические породы занимают 60% объема земной коры, то осадочные слагают самую верхнюю часть земной коры и занимают более 90% поверхности.

Осадочные горные породы образуются в результате соединения процессов:

- накопления и осаждения обломочных материалов;

- химического осаждения веществ;

- жизнедеятельности и отмирания организмов.

В природе существует тесная и многосторонняя связь осадконакопления и условий среды. Изучая осадок, его состав, закономерности распространения и включенную в него фауну, можно установить условия его образования. Фация – горная порода – одна или несколько – обладающая определенными генетическими признаками (составом, текстурой, остатками флоры и фауны) и отражающая определенные условия или обстановку ее формирования отличные от смежных одновозрастных пород. Например, песок может быть эолового происхождения, морского, речного, флювиогляциального и т.д., что определяет специфику его использования в строительстве. Среди современных и ископаемых фаций выделяют три группы:

- морская;

- лагунная;

- континентальная.

Морская фация подразделяется на литоральную, прибрежную, неритовую, умеренно-глубоководную 100-500 м, глубоководную, абиссальную или весьма глубоководную.

Лагунная - представлена опресненными лагунами, засоленными эстуариями и лиманами.

Континентальная - разделяется на:

- элювиальную (кора выветривания, обломки горных пород, оставшихся на месте их первичного залегания);

- делювиальную (на склонах);

- пролювиальную (отложения временных водных потоков);

- аллювиальные (речные отложения);

- болотную;

- озерную;

- эоловую (отложения, формирующиеся под действием воздушных потоков);

- ледниковую;

- коллювий (отложения, сформировавшиеся под действием силы тяжести).

Все эти отложения отличаются величиной слагающих частиц, гранулометрическим составом (процентное содержание частиц различного размера), степенью отсортированности и окатанности и другими особенностями. Основными признаками осадочных пород является слоистость.

Выделяют три типа слоистости:

1) горизонтальная (образуется в морских и озерных водоемах там, где в придонных слоях волнение отсутствует);

2) косая слоистость (характерна для однонаправленных течений);

3) волнистая (образуется при поступательно-возвратных движениях среды осаждения).

Второй особенностью осадочных горных пород является наличие в них окаменелых ископаемых остатков животных и растений, характеризующих среду обитания и дающих возможность судить об относительном возрасте пород. Все осадочные горные породы делятся на три группы:

- обломочные;

- глинистые;

Химикоорганогенные.

Классификация обломочных горных пород основана на величине и форме обломков, а также степени и составе цементации (табл. 1.4.). Выделяют:

1) псефитовые (грубообломочные);

2) псамитовые (песчаные)

3) алевритовые.

Глинистые породы составляют более половины объема осадочных пород. Состоят из частиц, тоньше 0,01 мм. Обладают специфическими свойствами:

- пластичностью;

- способностью поглощать воду и увеличиваться в объеме до 40% (в некоторых случаях в 10-12 раз);

- слабой водопроницаемостью.

В составе глин наблюдаются три вида минералов:

1) глинистые минералы;

2) обломочные зерна минералов (кварца, полевых шпатов, слюды);

3) вкрапления гидроокислов железа, карбонатов, сульфатов, органического вещества.

В зависимости от обогащения глинистых пород различными примесями выделяют:

- известковые;

- битуминозные;

- чистые;

- кремнистые;

- песчаные и др.

 

Таблица 1. 4. - Классификация обломочных и глинистых пород по Л.Б.Рухину

 

Группы горных пород	Размеры обломков, мм	Наименование пород
рыхлых	сцементированных
сложенных окатанными обломками	сложенных не окатанными обломками	сложенных окатанными обломками	сложенных не окатанными обломками
Грубообломочные (псефиты)	Крупные	>200	Валуны	Глыбы	Валунные конгломераты	Глыбовые брекчии
Средние	200-10	Галечники	Щебень	Конгломерат	Брекчии
Мелкие	10-2	Гравий	Дресва	Гравийные конгломераты
Песчаные (псаммиты)	Грубые	2-1	Пески грубозернистые	Песчаники грубозернистые
Крупные	1-0,5	Пески крупнозернистые	Песчаники крупнозернистые
Средние	0,5-0,25	Пески среднезернистые	Песчаники среднезернистые
Мелкие	0,25-0,1	Пески мелкозернистые	Песчаники мелкозернистые
Алевритовые (алевриты)	0,1-0,01	Алевриты	Алевролиты
Глинистые (пелиты)	< 0,01	Глина	Аргиллиты

 

Породы химического и органического происхождения возникают в различных водоемах, а местами на суше в результате разнообразных химических процессов и жизнедеятельности животных и растений, а также вследствие накопления остатков организмов после отмирания. Выделяют:

- карбонатные породы (известняки органогенные, детритусовые, оолитовые, доломиты, мергели. Особенно ценны мергели, состоящие из 70% известняка и 25% глинистых минералов, использующиеся для производства цемента);

- кремнистые (диатомиты, опока, яшма);

- сернокислые и галоидные (гипс, каменная соль, сильвинит, ангидрид);

- фосфатные (фосфориты);

- каустобиолиты (торф, уголь, нефть).