Водно-гравитационные процессы

Водно-гравитационные процессы характеризуются тем, что смещение горных пород по склону происходит при их увлажнении.

К этой группе относятся

· оползание,

· солифлюкция и

· нивация,

· дефлюкция (имеет меньшее значение).

Оползание - процесс соскальзывания крупных блоков или разрушенных масс горных пород по возникающим в массиве склона разрывным поверхностям.

· происходит под действием силы тяжести

· обычно обусловлено присутствием подземных вод.

Основными условиями возникновения оползней являются

· наличие достаточно крутых склонов (обычно не менее 25°) и

· увлажнение определенной части пород в области склона.

Оползни имеют большое инженерно-геологическое значение.

Они развиваются нередко в местах чрезвычайно важных для жизни человека — по берегам крупных рек и морей (например, в Среднем Поволжье, по побережью Кавказа, Крыма) и представляют серьезное препятствие для строительства зданий и дорог.

Причинами образования оползней могут быть:

1) быстрое возникновение крутых склонов (например при подмыве их рекой, морем);

2) присутствие водоносных и водоупорных (глинистых) слоев,

· обусловливают повышение влажности пород и тем самым

· уменьшают внутреннее трение

· возникают поверхности облегченного скольжения, по которым и происходит срыв вышележащего блока;

3) геологическое строение — расположение слоев, крупных тектонических трещин и в особенности наличие глинистых пород, пластичность которых резко возрастает при увлажнении;

4) большая высота склона, обеспечивающая минимальный вес горных пород, необходимый для отрыва блока.

5) переувлажнение пород склона водами атмосферных осадков,

6) образование при быстром развитии крутых склонов продольных к ним трещин бортового отпора (отседания), обусловленных силами упругого последействия, связанными с разгрузкой от давления уничтожаемых денудацией толщ.

7) деятельность человека: строительство зданий вызывает перегрузку склонов, прокладка оросительных каналов ведет к смачиванию и оползанию.

Различают четыре большие группы оползней.

1. Оползни-обвалы — представляют собой результат соскальзывания крупных блоков прочных пород по глинистому субстрату с одновременным дроблением их и сгруживанием у подножья образующейся циркообразной стенки отрыва.

2. Собственно оползни — разнообразные по сложности, глубине и размерам.

3. Осовы — мелкие оползни с глубиной залегания поверхности скольжения менее 5 м и захватывающие только рыхлые поверхностные отложения.

4. Сплывы — смещения, захватывающие только самый поверхностный, подготовленный выветриванием покров на глубину не более 1 м.

· (рис. 12).

В результате развития оползней образуются:

· денудационные формы рельефа — стенки отрыва (см. рис. 12,111)

· аккумулятивные формы — оползневые террасы, холмы и гряды.

Размеры оползней в большой степени зависят от высоты склонов.

В горах оползневые блоки достигают иногда нескольких километров в поперечнике.

Оползневой рельеф характеризуется своей хаотичностью, обилием неправильных бугров и мелких бессточных западин.

На равнинах размеры оползней чаще измеряются десятками и сотнями метров и формы рельефа их более типичны.

Стенки отрыва

· имеют большую крутизну (до 45° и более).

· В плане они чаще дугообразны, иногда вытянуты параллельно склону.

· От стенки отрыва оползневое тело отделяется оползневой западиной. Это, первоначально, обычно бессточная впадина, образующаяся между стенкой отрыва и тыловой частью оползня.

· Иногда в западинах возникают мелкие озерца или заболоченность.

Оползневое тело может иметь форму

· удлиненного холма или

· вытянутой параллельно склону гряды (линейные оползни).

Различают части оползня (см. рис. 12, III).

· тыловая

· лобовая

В тыловой части

· тело оползня мало разрушено.

· характерны плоские площадки, наклонные в сторону склона — оползневые террасы, сохраняющие первоначальную форму блока.

· Нижняя часть тела оползня обычно бывает интенсивно разрушена.

Рельеф тут имеет очень неправильные очертания. Развиты:

Бугры выпирания и

· мелкие бессточные впадины, нередко занятые озерцами.

В лобовой части

· обычно располагается наиболее крупная гряда выпирания.

· Впереди крупных оползней смешанного типа возникают нередко внешние гряды выпирания.

Солифлюкция

· представляет собой процесс медленного течения поверхностного выветрелого слоя горных пород под влиянием силы тяжести и увлажнения.

Наиболее характерно и типично выражена:

· в условиях «вечной» или затяжной сезонной мерзлоты.

· в областях сильного увлажнения поверхностного грунта, в особенности в зоне влажного тропического климата (тропическая солифлюкция, по Е. В. Шанцеру).

Развитие мерзлотной солифлюкции связано

· с возникновением во время теплого сезона оттаивающего деятельного слоя (рис. 13), насыщенного водой, в котором разрыхленная поверхностная часть горных пород, переувлажненная до вязко-текучей консистенции, приходит в состояние вязкого течения.

· С повышением температуры количество влаги в грунте непрерывно увеличивается за счет таяния мерзлоты.

· Кроме того, из-за суточных колебаний температуры возникает интенсивное морозное выветривание, вследствие чего стекающие массы постепенно измельчаются, достигая состояния физической пыли.

· Перемещение грунта начинается уже при уклонах в 2-3° и наиболее активно идет на склонах с уклоном 5-20°.

· Скорость движения при солифлюкции очень мала и обычно измеряется сантиметрам, редко — первыми метрами за сезон.

В России солифлюкционный рельеф и отложения его распространены очень широко.

Главная область их распространения — север и восток Сибири, Забайкалье, северо-восток Азии;

кроме того, солифлюкция встречается в горах,

следы древней солифлюкции имеются всюду в области былого четвертичного оледенения.

Солифлюкция часто сопровождает нивацию.

Нивация — процесс, связанный с подтаиванием скоплений снега — снежников и включающий дробление горных пород, вследствие морозного выветривания, и вынос размельченного материала талыми водами и солифлюкцией.

Описываемые процессы имеют большое значение

· для всевозможного строительства и

· проведения геологоразведочных работ в зоне мерзлоты,

· влекут за собой важные последствия для геологического картирования и поисков.

Формы рельефа, развивающиеся при солифлюкции и нивации в зоне денудации,

· имеют сложное происхождение и

· обусловлены совместным действием морозного выветривания, солифлюкции и нивации.

Нагорные террасы - наиболее крупные формы.

· На месте снежника с нагорной стороны возникает крутая стенка в скальных породах — снеговой (морозный) забой, в результате физического выветривания смещающийся в сторону склона (рис. 14).

· Ниже забоя разрастается пологая площадка — поверхность террасы, в верхней части врезанная в скальных породах, а в нижней части сложенная солифлюкционными отложениями и материалом, снесенным талыми водами.

Рис. 14. Схема строения нагорных (гольцовых) террас

и образования поверхности нивального выравнивания.

1 — первоначальная форма возвышенности; 2 — скальные породы; 3 — обломочный материал;

4 — стадии отступания уступа нагорной террасы.

Нагорные терассы (1) и снеговой (морозный) забой (2), абв — поверхность нивального (гольцового) выравнивания; гд— положение древней поверхности выравнивания; а₁б₁ — тумп: останец верхней поверхности в процессе развития нижней поверхности выравнивания; б —скалистые останцы разрушения тумпа

· Ширина площадок террас - десятки метров, уклон их 3-5°, высота до 10 м, но обычно невелика.

· Нагорные террасы, разрастаясь, срезают вершину, сливаясь в единую плоскую поверхность (см. рис. 14).

· В областях нивального климата этот процесс является важным фактором выравнивания рельефа.

· В условиях, когда вершины гор сложены крепкими массивными породами, высота и протяженность морозобойных стенок может резко возрастать.

Таково происхождение многих обрывов гольцовых вершин в Сибири.

В зоне солифлюкционной аккумуляции возникает неправильно бугристый рельеф.

Солифлюкционные террасы

· образуются при увеличении уклона и более однородном составе грунта.

· В плане они каплеобразные с уступами в виде фестонов и плоской наклонной поверхностью, которая обычно на 5-10° положе склона (см. рис. 13).

Солифлюкционные увалы - наиболее крупная аккумулятивная форма.

· образуется у подошвы склона, где сгруживается главная масса солифлюкцион-ных отложений.

Солифлюкционные отложения

· представлены суглинками, всегда содержащими щебенку и мелкие глыбы более прочных пород.

· В зоне активного стока в этом материале нередко наблюдается полосчатая текстура течения.

· В увалах полосчатость исчезает. Преобладают суглинки с беспорядочно распределенными щебнем и глыбами.

Для солифлюкционных отложений характерны различные мерзлотные явления:

· криотурбации (кипуны),

· клиновидные тела,

· каменные полигоны.

Внешними признаками солифлюкции являются

· покосившиеся деревья,

· сооружения и столбы на склонах,

· деформации дорог.

· На аэроснимках бывает заметна полосчатость, вытянутая поперек склона.

Курумы

· тип солифлюкционных образований

· возникает на поверхностях, сложенных породами, дающими при выветривании глыбовую отдельность (массивные граниты, гнейсы).

· На склонах скапливаются развалы каменных глыб, медленно смещающиеся вниз по склону и называемые курумами (курум — по якутски камень).

· На пологих водоразделах они образуют целые поля — «каменные моря», ниже по склону разбивающиеся на полосы — «каменные реки», подчиненные ложбинам на склоне.

· У подножий каменные потоки нередко сливаются, образуя обширные глыбовые россыпи.

При смещении материала играют роль температурные колебания и сезонное оттаивание деятельного слоя, облегчающие смещение глыб. В связи с этим движение глыб идет и на очень пологих склонах с уклоном не более 2-3°. Скорость движения составляет от 5 до 150 см в год, сильно увеличиваясь в середине потока.

Изучение курумов важно при проведении горных дорог. Имеет, например, огромное значение для работ в районе БАМа. Кроме того, смещение глыбовых развалов — курумов необходимо учитывать при геологическом картировании.

Тропическая солифлюкция

· в условиях жаркого влажного климата осуществляется существенно иначе.

· происходит вязко-пластичное течение переувлажненного грунта, чему способствует обилие влаги и быстрое выветривание, дающее большое количество глинистого материала.

Дефлюкция

· движение вязко-пластичной массы грунта на склонах под влиянием силы тяжести и умеренного увлажнения.

· Скорости движения измеряются долями миллиметров в год.

· Из-за крайней медленности этого процесса он может играть существенную роль лишь на древних склонах.

· С этим процессом связано массовое смещение грунта к подножью склона и такое явление, как изгиб слоев, жил, поверхностей разрывов вниз по склону.

· описаны С. С. Воскресенским.

Водно-склоновые процессы

· связаны с проявлением плоскостного смыва продуктов выветривания

· и разрушением склонов мелкими временными струями воды.

Оба эти процесса очень тесно связаны и обычно рассматриваются вместе как процесс склонового смыва.

Этот процесс называют также делювиальным процессом, т.к. важным результатом его является образование делювиальных отложений,.

Кроме того на склонах периодически образуются и более крупные ручьи.

Возникает другая форма смыва — склоновая эрозия или мелкоовражный размыв, по Е. В. Шанцеру.

Склоновый смыв

· обусловлен деятельностью дождевых и талых снеговых вод, стекающих по поверхности склонов.

· Наиболее интенсивно протекает в условиях слабого развития растительности в областях семиаридного климата.

· Деятельность текучих вод на склонах принимает различные формы в зависимости от крутизны склона.

· На пологих склонах с уклоном до 5° проявляется плоскостное действие текущей по поверхности воды без каких-либо русел. Перемещается только самый мелкий материал, так как мощность струек крайне невелика.

· На более крутых склонах разрушительная способность струек воды возрастает, в связи с чем они начинают врезаться в поверхность склона. Возникает струйчатый, или мелкорытвинный смыв.

· Постоянное перемещение мелких рытвинок вызывает в целом плоскостное разрушение склона, общее и равномерное понижение его поверхности.

Обе описанные формы стока ведут к плоскостному смыву.

· Верхняя часть склона при этом разрушается,

· нижняя — погребается в продуктах выноса.

· Переносимый материал откладывается, попадая на более пологие участки склона,

· образуется аккумулятивный шлейф, верхний край которого поднимается вверх по склону, способствуя его выравниванию.

Процесс ведет к выполаживанию склонов, к сглаживанию и срезанию выпуклостей.

Это происходит очень неравномернов зависимости от прочности пород.

· Прочные горные породы значительно медленнее разрушаются и обычно образуют выступы,

· слабые наоборот — выполаживаются быстрее. Здесь создаются ложбины с более пологим скатом.

· В ослабленных сильно трещиноватых зонах развиваются более глубокие рытвины.

· В условиях еще более крутых склонов с уклоном 20-30° сток концентрируется лишь по немногим более крупным рытвинам, быстро перерастающим в промоины и в мелкие овраги.

· Развивается склоновая эрозия. Особенно большое значение приобретает она на горных склонах, где овражное расчленение становится основным процессом их разрушения.

· Интенсивность склонового смыва в большой степени зависит от процессов выветривания, рыхлые продукты которого удаляются смывом.

Денудационные формы рельефа,

· возникают при склоновом смыве, очень разнообразны.

· На равнинах в однородных породах образуются сглаженные склоны смыва, очень постепенно переходящие в водораздельные равнины.

· При неравномерной прочности пород присутствуют останцовые выступы и ложбины стока — делли.

· Все эти формы бывают скрыты маломощным покровом элювия и делювия и постепенно сливаются с рельефом аккумулятивного шлейфа в нижней части склона.

В результате склоновой эрозии образуются рытвины, промоины, мелкие овраги.

· Все они направлены по линии наибольшего ската, очень слабо извилисты в плане.

· Характерно снижение высоты бортов этих ложбин вниз по склону до их полного исчезновения и почти прямая или слабо вогнутая форма продольного профиля.

В нижней части склонов и у подножий образуются аккумулятивные делювиальные шлейфы.

· Они имеют плоскую поверхность, полого спускающуюся ко дну долины

· отличаются слабо вогнутым поперечным профилем (рис. 15).

В начальной стадии склонового смыва более активно развиваются отдельные конусы выноса, образующиеся в устьях более крупных рытвин и про моин.

Однако они быстро погребаются в общем едином аккумулятивном шлейфе.

Образующиеся при этом делювиальные отложения или делювий были впервые выделены как особый генетический тип А. П. Павловым в 1890 г.

Делювий

· представляет собой отложения склонов и их подножий,

· возникшие в процессе плоскостного смыва при действии непостоянных безрусловых струек дождевых и талых вод.

Делювий характеризуется

· мелкоземистостью,

· местами тонкой наклонной слоистостью,

· а также плащеобразным залеганием.

В составе делювия

· преобладают суглинки и супеси, в большей или меньшей степени обогащенные песком, а иногда дресвой или даже мелким щебнем.

Сортировка материала

· выражена слабо.

· осуществляется за счет того, что вода уносит дальше более мелкие частицы, а также в результате неравномерности стока.

· Сильные ливни вызывают снос значительно более крупных частиц. В связи с этим характер материала меняется.

В строении делювия выделяются три фации (см. рис. 15):

· присклоновая (I), обогащенная более крупным обломочным материалом;

· срединная (II), отличается более отчетливой слоистостью, связанной с неустойчивым тут режимом стока,

· периферическая или низовая (III), сложенная наиболее тонким материалом.

Слоистость в делювии

· имеет наклон параллельно поверхности шлейфа.

· Выражена она прослойками песчано-дресвяного материала или чередованием суглинков разного тона окраски и разного механического состава.

Мощность делювия

· в верховой части шлейфа очень мала (1-2 м),

· затем резко увеличивается, и

· над погребенной подошвой склона достигает максимума (10-15 м),

· а в низовой части шлейфа уменьшается до нуля.

При одновременном накоплении делювия и пойменного аллювия низовая часть шлейфа редуцируется и делювиальные отложения средней части шлейфа фациально переходят в аллювий.

Делювий имеет площадное распространение.

Он не связан с линейными (русловыми) потоками.

В этом его коренное отличие от других водных отложений — аллювия и пролювия.

С делювиальными отложениями связаны склоновые россыпи, образующиеся в результате отмыва более тяжелых и трудно разрушаемых минералов, остающихся на месте.

В зависимости от формы и положения рудного тела россыпи могут быть

· поперечными или

· продольными к склону.

Эти россыпи, как правило, не имеют промышленного значения, но указывают на положение коренных руд.

Такую же роль играет делювиальный снос продуктов выветривания рудных тел.

Делювий широко распространен на равнинах, но встречается и в горах, где он приурочен к более пологим склонам.

В горах характерно его смешение с другими генетическими типами отложений — с осыпями, с пролювием и т. д.

Иногда они картируются под общим названием «коллювия», т. е. отложений подножий. Недопустимо называть эти смешанные отложения делювием, так как они резко отличаются от делювия по своим инженерно-геологическим свойствам.

В результате склоновой эрозии образуется склоновый пролювий — отложения мелких конусов выноса у устьев промоин на склоне.

· сложен дресвой и щебнем в обильном землисто-суглинистом цементе.

· Конусы выноса сближенных промоин постепенно сливаются и вместе с делювием образуют единый шлейф коллювия смыва.

В целом делювиальные склоны характеризуются очень сглаженными выпукло-вогнутыми формами с широким развитием в равнинных условиях аккумулятивных шлейфов.

Образование делювия ведет к смягчению форм и общему выполаживанию рельефа.

ВОПРОСЫ КЛАССИФИКАЦИИ И РАЗВИТИЯ СКЛОНОВ

Коренные различия в рельефе склонов связаны с их происхождением.

Поэтому наиболее общее значение в подразделении склонов имеет их генетическая классификация (табл. 2).

Эта классификация может применяться только с учетом сказанного о чрезвычайно тесной связи самых разнообразных процессов.

Наиболее распространены склоны комплексной денудации, развивающиеся под действием нескольких процессов.

Так, в горных и холмистых районах важнейшую роль играют склоны с развитием склоновой эрозии, всегда сопровождающейся другими процессами.

Выделяются также разного рода

· денудационно-вулканические,

· денудационно-абразионные склоны, или конкретнее — например, обвально-абразионные.

Генетическая классификация дополняется и элементами морфометрической классификации.

Выделяют склоны

· крутые,

· средней крутизны,

· пологие,

· высокие,

· низкие и т. п.

Морфология склонов зависит также от геологического строения и климатических условий.

В зависимости от геологического строения различаются

· аструктурные и

· структурные склоны.

Первые возникают на однородных по своим физико-механическим свойствам горных породах, которые склон срезает, не считаясь с их структурой (см. рис. 10, з),

вторые—-либо совпадают с поверхностью бронирующих толщ (см. рис. 1, Б и b) либо возникают на породах, различающихся по своей прочности и залегающих более крупными телами (см. рис. 10, ж).

На склонах этого типа различается ступенчатость (структурные уступы), наличие выступов и ниш.

При наличии более мощных прочных слоев среди слабых пород образуются структурные террасы.

В зависимости от свойств и залегания горных пород возникают разнообразные типы литоморфного рельефа.

Большую роль играют неравномерное развитие трещиноватости, различная растворимость в карбонатных породах.

Форма возникающих при этом причудливых останцов, напоминающих башни или статуй, бывает очень характерна для тех или иных пород и нередко служит важным признаком при геологическом картировании.

Климатические факторы

· влияют через выветривание, тесно связанное с климатом, и вследствие связи с ними денудационных процессов.

· Растительность, обусловленная климатом, заметно задерживает такие склоновые процессы, как плоскостной смыв и образование осыпей.

· климатические особенности влияют также на унос материала от подножий склонов.

во время дождливого сезона в условиях семиаридного климата делювиальные шлейфы на склонах не образуются. Весь материал выносится на присклоновую равнину и откладывается в ее пониженной периферической части.

· На развитие склонов влияют также экспозиция склона, т. е. ориентировка его по отношению к солнцу, гидрогеологические условия, силы вращения Земли, направление и сила господствующих ветров, на современном этапе — деятельность человека.

К наиболее общим факторам, влияющим на развитие склонов, относятся тектонические движения.

Поднятие земной коры

· вызывает врезание потоков — усиление эрозии.

· Начинается интенсивное углубление долин.

· Склоновые процессы, менее мощные, не успевают выровнять склоны, и в результате они приобретают выпуклую форму, с увеличением крутизны к руслу потока.

Замедление эрозии при опускании земной коры

· вызывает заполнение долин продуктами сноса, скопление их у подножья склонов,

которые, приобретают вогнутую форму, с постепенным выполаживанием к днищу долины.

Впервые вопросы о развитии склонов в условиях одновременно протекающих тектонических движений земной коры были рассмотрены В. Пенком в 1924 г.

Им введены понятия восходящего и нисходящего развития рельефа.

Идеи В. Пенка о развитии склонов играют большую роль в оценке общей направленности новейших тектонических движений.

Важнейшее значение для выработки общей теории эволюции склонов имеет правильное понимание соотношения двух главных типов развития склонов — пенепленизации и педипленизации.

Учение о пенепленизации рельефа было разработано В. Дэвисом и основывалось на представлении о неизбежном выполаживании склонов в ходе их развития (рис. 16, Л).

Склоновые процессы ведут к более энергичному разрушению верхней части склонов и перемещению продуктов разрушения к их основанию.

В результате происходит общее снижение поверхности водораздела, что ведет к выполаживанию и расширению склонов и, в конечном счете, к выравниванию, к переходу страны от расчлененного гористого рельефа к почти равнине — пенеплену.

Другой путь развития склонов — путь педипленизации * протекает без выполаживания их, в условиях удаления продуктов разрушения от подножий склонов.

* От латинского слова pedis — подножье, род. пад., и английского plain — равнина.

Как это было показано В. Пенком, а затем обосновано Л. Кингом, склоновая денудация, развиваясь при указанных условиях на всем протяжении склона и происходя в общем равномерно, вызывает отступание склона в сторону водораздела параллельно первоначальной поверхности без выполаживания (рис. 16, Б), что также приводит к выравниванию страны.

Педипленизация проявляется в условиях сильных тропических ливней при общем сухом климате, в полярном климате при солифлюкционном оттоке продуктов разрушения, а также всюду, где подножье склона срезается боковой эрозией рек, абразией морей, деятельностью ледников и ветра. Необходимо также учитывать чрезвычайно большую длительность развития склонов, некоторые из которых формируются в течение десятков и даже первых сотен миллионов лет. Это обстоятельство резко повышает роль таких медленных процессов, как выветривание, дефлюкция, которые сами по себе приобретают рельефообразующую роль в тесной связи с климатическими условиями.

Таким образом, в формировании склонов решающую роль играет не только тектоника, но также геологические и физико-географические условия, в которых развиваются склоны, в особенности климат и время.