Глава 6. Экзогенные процессы

Все геологические процессы принято разделять на две группы: процессы внутренней геодинамики, или внутренние эндогенные процессы, и процессы внешней геодинамики, или внешние экзогенные процессы. Эндогенные силы стремятся к расчленению и усложнению рельефа земной поверхности, а экзогенные силы выравнивают поверхность Земли. Во взаимодействии эндогенных и экзогенных процессов происходит развитие земной коры и ее поверхности.

Экзогенные процессы – это геологические процессы, обусловленные внешними по отношению к Земле источниками энергии (преимущественно солнечное излучение) в сочетании с силой тяжести. Они протекают на поверхности и в приповерхностной зоне земной коры в форме механического и физико-химического её взаимодействия с атмосферой и гидросферой. Экзогенные процессы подразделяются на три большие группы: процессы выветривания, процессы денудации и процессы аккумуляции, или осадконакопления.

Выветривание – это сложные разнообразные процессы разрушения и изменения минералов и горных пород, происходящее на земной поверхности и вблизи нее под воздействием физических, химических и органических агентов. Разрушение (изменение) горных пород и минералов при выветривании может происходить как механическим и химическим, так и биологическим путем. Выветривание не приводит к существенным изменениям земной поверхности, а только подготавливает материал для денудации. Денудация и аккумуляция тесно взаимосвязаны.

Под денудацией понимается совокупность процессов сноса продуктов разрушения горных пород, создаваемых в основном выветриванием, с возвышенных участков суши в понижения рельефа – долины, озерные котловины или морские бассейны. Главными агентами денудации являются сила тяжести, текучие воды, ветер, движущиеся ледники.

Процессы денудации проявляются на суше и приводят к постепенному выравниванию земной поверхности. Денудация является наиболее активным фактором преобразования земной поверхности, приводящим в движение огромные массы вещества и к разрушению шаг за шагом целых горных систем и превращению их в равнины.

Аккумуляция представляет собой процессы накопления продуктов разрушения горных пород, подготовленных выветриванием и перемещенных в результате процессов денудации в пониженные участки земной поверхности. Процессы денудации наиболее интенсивно проявляются на возвышенных участках суши, которые называются областями денудации, в то время как в понижениях рельефа – в речных долинах, озерах и особенно в морях - происходит накопление осадков.

В районе практики мы наблюдали деятельность таких экзогенных процессов, как выветривание, деятельность поверхностных текучих вод, деятельность подземных вод, деятельность моря в зоне побережья.

6.1. Геологическая деятельность процессов выветривания.

Процессы механического разрушения и химического изменения горных пород и минералов под влиянием колебаний температуры, воздействием воды, кислорода, углекислого газа, а также животных и растительных организмов при их жизни и отмирании принято называть выветриванием.

Процессы выветривания происходят главным образом на суше, но частично и на дне водных бассейнов.

Факторами выветривания являются нагревание пород и минералов солнечными лучами (инсоляция), кислород, углекислый газ и водные пары атмосферы, вода, выпадающая на поверхность Земли и проникающая в ее верхние горизонты, органическое вещество и живые организмы.

Выделяют три основных типа выветривания:

1) Физическое (механическое) выветривание.

2) Химическое выветривание.

3) Биологическое выветривание.

Физическое выветривание.

Данный тип выветривания горных пород и минералов связан с колебаниями температуры (температурное выветривание), механическим воздействием замерзающей в трещинах и порах горных пород воды (морозное выветривание), развивающейся корневой системой деревьев, жизнедеятельностью роющих животных, кристаллизацией солей и др. В результате в горных породах и минералах образуются и расширяются трещины, по которым породы и минералы распадаются на обломки разных размеров: глыбы, щебень, дресву, песок. При этом состав конечных продуктов выветривания не меняется и полностью зависит от минерального состава, структуры и текстуры исходных пород. Чем мельче и однороднее обломки горных пород, тем они устойчивее по отношению к физическому выветриванию, которое по мере измельчения материала замедляется и, наконец, практически прекращается.

На примере маршрута № 8 (г. Южное Демерджи) мы могли пронаблюдать физическое выветривание. Целью данного маршрута являлось: изучение строения главной гряды Крымских гор, изучение процессов выветривания, изучение эоловых процессов, а также изучение склоновых процессов (обвалы и осыпи).

На маршруте мы познакомились с 5 ярусами (формами) выветривания:

I. Ярус – нишевокарнизные и грибообразные формы. (рисунок 48)

II. Ярус – столбчатые и башенные формы. (рисунок 49)

III. Ярус – округлые формы. (рисунок 50)

IV. Ярус – бастионные и крепостные формы. (рисунок 51)

V. Ярус – пьедестальные формы. (рисунок 52)

Нишевый ярус выветривания находится в конгломератах, сцементированных песчаниками. При выветривании конгломератов образуются галечные осыпи. Происходит это из-за того, что галька прочнее, чем цемент. Процессы корразии и дефляции, постоянно удаляющие продукты выветривания и обнажающие всё новые участки породы, а также гравитационные процессы, смещающие обломочный материал по склону, способствуют активному формированию разнообразных причудливых форм выветривания на юго-западном склоне г. Демерджи. Активизации процессов выветривания здесь способствует высокая солнечная инсоляция крупных склонов южной экспозиции.

Немалую роль в смыве продуктов оказывают периодические ливневые осадки, характерные для ЮБК, также сопровождающиеся формированием селевых потоков. В обнажении в точке наблюдения №34 развиты нишево-карнизные формы выветривания. Наиболее подвергнута выветриванию центральная часть обнажения, в которой в результате дефляции образовались характерные пустоты. Породы представлены конгломератами.

Рисунок 48 - Нишевокарнизные и грибообразные формы

В точке наблюдения №35 наблюдали столбообразные и башенные формы выветривания. В разрезе они соответствуют массивным песчаникам, гравелитам с линзами галечных конгломератов. Последние при выветривании образуют линейные ниши на поверхности стенки. Наличие систем вертикальных трещин образует и обеспечивает преобладание высоких удлиненных форм выветривания. Стенка разбита на несколько пачек. Нижняя половина разреза соответствует вертикальным башенным формам. Верхняя часть столбообразна с характерными полосами, углублениями на месте слагающих конгломератов или выступающими ребрами прочных песчаников. Выше на пологой плохообнажённой части склона располагаются слабозадернованные подвижные осыпи из продуктов выветривания конгломератов.

 

Рисунок 49 - Столбчатые и башенные формы

В точке наблюдения №36 видны три верхних яруса выветривания. Для третьего яруса характерны округлые, пышные, раздутые формы - результат выветривания гравелитов, песчаников мощной однородной толщи. Четвёртый ярус представлен бастионными и башенно-крепостными формами мощной однородной толщи верхнеюрских конгломератов. Для этого яруса выветривания характерно наличие ячеек дефляции и круглых башен, отделенных от склона, образующих каменный лес. Примером такой формы выветривания является голова Екатерины. Пятый, самый верхний ярус, представлен пьедестальными приземисто-ребристыми уплощенными формами выветривания.

 

Рисунок 50 - Округлые формы выветривания

Рисунок 51 - Бастионные и крепостные

Рисунок 52 - Пьедестальные формы выветривания

В процессе изучения данной территории, студенты получили возможность подняться до наивысшей точки г. Южное Демерджи, поэтому мы лично увидели все ярусы выветривания.

Химическое выветривание

Это процессы химического разложения минеральных компонентов породы и образование за их счет новых минералов, устойчивых в физико-химических условиях земной поверхности.

Процессы физического и химического выветривания взаимосвязаны и происходят одновременно. Вместе с тем механическое разрушение пород опережает и подготавливает материал для химического выветривания. Химическое разложение минеральных компонентов наиболее интенсивно идет в мелко раздробленных и водопроницаемых породах.

Главные факторы химического выветривания - вода, кислород, углекислый газ, органические кислоты и др. Активность химического выветривания связана с разными причинами, однако определяющую роль играют климатические условия. В нашем случае климат был жарким и влажным, что благоприятно влияет на химическое выветривание.

Типы реакций при химическом выветривании различны в зависимости от состава горных пород и условий. Главнейшими являются: растворение, окисление, гидратация, карбонизация, гидролиз.

Окисление - взаимодействие горных пород с кислородом и образование оксидов или гидроксидов, если присутствует вода. Окисление протекает в приповерхностной зоне, куда могут проникнуть атмосферные воды, богатые кислородом. Легко такие реакции протекают у сульфидов. (рисунок 53)

Рисунок 53 - Новопетропавловский карьер. Лимонитизация.

Биологическое выветривание

Огромная роль в процессах выветривания принадлежит органическому миру. Влияние растительных и животных организмов на литосферу заключается в механическом разрушении и химическом разложении горных пород под действием выделяемых кислот, и , и жизнедеятельности организмов.

Механическое воздействие организмов проявляется в сверлении, росте корней растений, которые проникают в трещины горных пород и постепенно разрушают их.

Роль организмов в химическом выветривании определяется тем, что они способны захватывать различные химические элементы из разрушаемой горной породы и выделять в процессе жизнедеятельности различные химически активные кислоты и кислород.

Процессы биологического выветривания мы наблюдали в маршруте №4 (Мраморный карьер. Пещера Эмине-Баир-Хосар).

Рисунок 54 - Естественный вход в пещеру Эмине-Баир-Хосар

6.2 Геологическая деятельность рек.

Реки производят огромную денудационную и аккумулятивную работу, существенно преобразуя рельеф. Питание рек бывает: снеговое, ледниковое, дождевое, смешанное, за счет подземных вод. Для каждой реки в течение года характерно чередование периодов высокого и низкого уровня воды. Состояние низкого уровня называется меженью, а высокого - паводком или половодьем. Движение воды в реках всегда турбулентное (беспорядочное, вихревое). В поперечном сечении потока максимальные скорости наблюдаются в наиболее глубокой части потока - стержне, меньше - у берегов.

Мощные водные потоки производят большую эрозионную, переносную и аккумулятивную работу. Способность рек производить работу называют энергией реки, или ее живой силой (К). Она пропорциональна массе воды и скорости течения.

В образовании речных долин главная роль принадлежит эрозии. Различают эрозию донную, или глубинную, направленную на врезание потока в породы, слагающие дно русла, и боковую, ведущую к подмыву берегов и, в целом, к расширению долины. Соотношение глубинной и боковой эрозии меняется на разных стадиях развития долины. В начальных стадиях преобладает глубинная эрозия, когда водный поток стремиться выработать свой продольный профиль, который характеризуется значительными неровностями. Река стремится сгладить эти неровности применительно к уровню моря или озера, в которые впадает река. Уровень бассейна, куда впадает река, определяет глубину эрозии речного водного потока и называется базисом эрозии. Он является общим для всей речной системы. Постепенно в нижнем течении реки уклон продольного профиля уменьшается, приближаясь к горизонтальной линии, уменьшается скорость течения и, следовательно, затухает глубинная эрозия.

Одновременно с эрозией реки при своем движении захватывают продукты разрушения (при выветривании или эрозии) горных пород и переносят их волочением по дну, во взвешенном состоянии, и в растворенном виде. Влекомые по дну и взвешенные частицы принято называть твердым стоком рек.

Грубый обломочный материал усиливает донную эрозию, но и сам измельчается, истирается и окатывается, образуя гальку, гравий, песок.

Одновременно с эрозией и переносом происходит и отложение обломочного материала. Уже на первых стадиях развития реки при явном преобладании процессов эрозии и переноса на отдельных участках частично откладывается обломочный материал. Отложения, накапливающиеся в речных долинах в результате деятельности водного потока, называются аллювиальными отложениями или аллювием.

С геологической деятельностью реки Кизил-Кобинка мы познакомились в маршруте №7 - гора Долгоруковская. Река Кизил-Кобинка на всем своём протяжении от истока до впадения в Ангару имеет порядка пяти врезов в коренные горные породы. Официальным источником является Красная пещера, которая также является основным водосборным, фильтрующим и аккумулирующим коллектором поверхностных и подземных вод г. Долгоруковская. Водоупор - породы таврической серии.

Правый берег реки Кизил-Кобинка характеризуется пологим уклоном местности. На правом берегу - аккумулятивная терраса. Аллювиальные отложения представлены псефитами. Обломочный материал слабоокатан.

Левый берег реки является более крутым по сравнению с правым, наблюдается значительная задернованность, локальные признаки оползневых процессов (пьяный лес). Левый берег реки сложен каменными породами-известняками , перекрытыми современными наносами (почвенный слой). Река Кизил-Кобинка характеризуется наличием уступов, порогов. Форма русла V-образная, преобладает донная эрозия. Речные отложения представлены валунами и щебнем. Скорость реки 0,5 м/с. Вышеописанные признаки позволяют сделать вывод, что река молодая.

Рисунок 55 - Река Кизил-Кобинка

На дополнительном маршруте, посвященном геологической деятельности реки Улу-Узень, студенты познакомились с водопадом Джур-Джур.

 

Рисунок 56 - Водопад Джур-Джур

6.3 Геологическая деятельность подземных вод.

К подземным водам относятся все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород. Геологическая их деятельность заключается в карстовых явлениях в растворимых горных породах, оползневых явлениях, выносе различных соединений и тепла из глубоких зон земной коры.

Результаты геологической деятельности подземных вод запечатлены в отложениях и карстовых образованиях. Формой и процессами образования карстовых полостей занимается наука спелеология. Среди отложений подземных вод наиболее распространены хемогенные натечные образования, формирующиеся по следующей схеме: + + =

При протекании этой реакции в капле воды на конце сталактита при испарении улетучивается часть углекислоты, и реакция сдвигается влево. Бикарбонат () переходит в карбонат и выпадает в осадок.

Карстовые процессы

Карстовый процесс представляет собой длительно развивающийся процесс растворения или выщелачивания трещиноватых растворимых горных пород подземными и поверхностными водами. В результате деятельности карстовых процессов возникают как отрицательные формы рельефа на земной поверхности, так и различные полости, каналы, гроты или пещеры на глубине.

Основными условиями развития карста являются: трещиноватость растворимых горных пород, обеспечивающих их водопроницаемость; наличие агрессивных вод и движение их по трещинам.

Наибольшее разнообразие карстовых форм наблюдается в горных массивах, сложенных мощными толщами карбонатных пород в горных странах Средиземноморья, на Кавказе, в горной части Крыма.

Различают открытый, или голый, карст, когда растворимые породы выходят на дневную поверхность, и закрытый, когда они залегают глубоко под землей и с поверхности перекрыты толщами нерастворимых пород.

К поверхностным карстовым формам относятся карры, поноры, карстовые ниши, воронки, котловины и полья, а также колодцы и пропасти.

Подземные карстовые формы представлены пещерами и каналами. Самыми крупными подземными формами карстового рельефа являются карстовые пещеры. Они представляют собой систему горизонтальных или нескольких наклонных каналов, туннелей, сложно ветвящихся и образующих огромные залы или гроты. Пещеры между собой могут соединятся туннелями, провалами или узкими щелями. По каналам нередко протекают подземные реки, а на дне пещер располагаются подземные озера. В пещерах часто наблюдаются своеобразные натечные формы – сталактиты, растущие от кровли пещеры вниз, сталагмиты – растут вверх.

Процесс карстообразования мы смогли наблюдать на примере пещер Эмине-Баир-Хoсар (маршрут №4) и Кизил-Кобинка (маршрут №7).

Рисунок 57 - Пещера Эмине-Баир-Хосар (Маршрут №4-плато Чатыр-Даг)

Рисунок 58 - Пещера Красная (Маршрут №7-гора Долгоруковская)

Оползень — опасное геологическое явление, смещение масс горных пород по склону под воздействием собственного веса и дополнительной нагрузки вследствие подмыва склона, переувлажнения.

Внешний облик оползневых склонов имеет ряд признаков, по которым всегда можно установить, что склоны находятся в неустойчивом состоянии. Там, где происходит отрыв массы пород, образуется серия концентрических трещин, ориентированных вдоль склонов. Сползание пород приводит к бугристости склонов, особенно в их нижней части. За счет давления сползающих пород у подошвы склонов формируются валы выдавливания. Между валами и буграми при определенных условиях скапливаются поверхностные и подземные воды. Это вызывает заболоченность склонов. При активном сползании на склонах хорошо видны смещенные земляные массы и террасовидные уступы. Очень часто внешним признаком оползней является так называемый «пьяный лес» (рисунок 59) и разорванные стволы деревьев.

Для возникновения и развития оползней необходимы некоторые определенные условия. Среди них наибольшее значение для склонов имеют: высота, крутизна и форма, геологическое строение, свойств пород, гидрогеологические условия.

При всех равных условиях крутые склоны более подвержены оползням, чем пологие. Так, установлено, что склоны с крутизной менее 15̊ оползней не образуют. Оползни свойственны склонам выпуклой и нависающей конфигурации.

Рисунок 59 - Пьяный лес на г. Кастель (Маршрут №2)

6.4 Геологическая деятельность моря.

Геологическая работа моря складывается из трёх процессов: разрушение (абразия), перенос и накопление (аккумуляция).

Абразия - разрушительная работа морских волн. Существует три её типа:

1)Механическая - гидравлический удар прибойного потока о береговой склон, мгновенная компрессия и декомпрессия породы под действием удара прибойного потока, сопровождающаяся бомбардировкой и стиранием обломков.

2) Химическая - растворение горных пород под химическим действием воды.

3) Термическая - разрушение пород под термическим воздействием воды, если в них есть трещины.

Прибрежные морские наносы - подвижные скопления обломочного материала различного происхождения, образующиеся в береговой зоне и подверженные постоянному воздействию волнового колебания и течения воды.

Распределение наносов: (рисунок 61)

1) На пляже и на части берегового склона крупные наносы.

2) В средней части берегового склона наносы средней крупности.

3) В нижней части, где затишье, мелкие наносы.

Аккумуляция - накопление наносов, которое возникает, когда их количество превышает влекущую способность потока на данном участке береговой зоны.

Береговая зона бухты Лазурное (Маршрут №1) находится в активной абразионной стадии формирования, о чем свидетельствует слабая вогнутость берега. Пляжевые наносы во время зимних штормов полностью подвергаются переформированию с активной абразией коренных пород клифа, о чем свидетельствует наличие волноприбойной ниши.

Морские галечные наносы. Большинство галек имеет уплощенный характер, усиливающийся по мере измельчения. Это обусловлено спецификой обработки обломочного материала, поскольку сглаживание вызвано преимущественно перемещением в условиях плоского прибойного потока воды. В точке наблюдения 2 поверхность сложена галькой и валунами пород таврической серии, принесенными с Судакского полуострова. В настоящее время установлены волнорезы.

В маршруте №6 мы также знакомились с геологической деятельностью моря.

Рисунок 60 - Бухта «Лазурное».

Рисунок 61 - Закон механической осадочной дифференциации на примере распределения обломочных накоплений в бухте Лазурное