Экзогенные геологические процессы и основные генетические типы грунтов

Экзогенные процессы – это проявление взаимодействия геосфер: ЗК, гидросферы, атмосферы и биосферы. Действие разнообразных факторов заключается в разрушении, преобразовании ГП, переносе продуктов разрушения и их отложении, что в конечном счете приводит к выравниванию земной поверхности.

Наиболее общим процессом является выветривание – разрушение и преобразование минералов и ГП под действием различных факторов. В зависимости от природы ведущих из них различают выветривание физическое, химическое и биологическое (органическое). Накопление продуктов выветривания образует элювий – неоднородную по составу обломков толщу пород, измененных по сравнению с исходной (материнской) породой. Элювий и почва (результат главным образом органического выветривания) составляют кору выветривания.

В геологической работе ветра наиболее очевидной составляющей является перенос им песчаных и пылеватых частиц, приобретающий иногда характер стихийных бедствий (пыльные, песчаные, черные бури). В то же время ветер производит и разрушительную работу, основные составляющие которой дефляция (выдувание) и корразия (обтачивание). В результате создаются эоловые, или аэральные формы рельефа – котловины выдувания, разнообразные очертания скал (останцы), дюны, барханы. Основные виды эоловых отложений – пески и лессы. Выделяют грядовые и бугристые пески, закрепленные растительностью и утратившие подвижность и подвижные - дюны и барханы. Лессы представляют собой маловлажные макропористые глинистые породы с преобладанием в составе пылеватых фракций, относительно прочные в природном состоянии, но разупрочняющиеся при замачивании и дающие большие по величине и быстро протекающие осадки (просадки).

Поверхностные воды подразделяются на временные (сток атмосферных осадков) и постоянные – реки. Разрушительная работа текущей воды называется эрозией. Выделяют плоскостную эрозию или смыв и глубинную – размыв. Речная эрозия проявляется как донная и боковая – размыв дна и берегов реки. Смыв проявляется на поверхности ровных пологих склонов и приводит к накоплению у их подножья делювиальных отложений – обычно пылеватых супесей и суглинков. Следствием развития глубинной эрозии являются оврагообразование и селевые потоки (сели). Развитие оврага может начаться с рытвины, повреждения почвы и т.п. В легко размываемых грунтах он быстро углубляется и удлиняется в сторону вершины (регрессивная эрозия). Рост оврага продолжается, пока не будет выработан профиль равновесия, соответствующий данному базису эрозии. В устье оврага выносимый и отлагаемый потоками материал образует конус выноса.

Сели характерны для горных районов. При сильных дождях или интенсивном снеготаянии сбегающие с гор потоки воды захватывают обломочный материал и образуют мощные водо-, или грязекаменные потоки, представляющие опасность для сооружений. Накапливающиеся у подножья гор отложения (мощностью до 100м) селей называются пролювиальными или пролювием; к нему относятся также отложения конусов выноса оврагов.

Один из важнейших экзогенных процессов формирования рельефа земной поверхности – деятельность рек в трех ее составляющих – разрушение ГП, перенос, отложение. Результатом главным образом эрозионной работы являются речные долины – извилистые углубления в земной поверхности с уклоном в сторону устья. В своем развитии река или отдельные ее участки проходят ряд стадий с преобладанием размыва, переноса и отложения аллювия, что отражается в строении речной долины. По мере приближения к профилю равновесия донная эрозия сменяется боковой, появляются излучины русла (меандры), старицы, долина расширяется. В зависимости от условий образования аллювиальные отложения подразделяются на русловые, пойменные, старичные и дельтовые, со своими особенностями состава и строения. Вообще же для аллювия характерны значительная изменчивость состава, невыдержанность отложений в плане и по глубине.

Геологическая работа морей наиболее масштабна в силу их распространенности (71% земной поверхности). Разрушительная работа морских волн – абразия – нагляднее всего выступает в зоне прибоя, но их действие проявляется также в абразии морского дна шельфа. В связи с трансгрессиями и регрессиями моря это приводит к образованию надводных и подводных абразионных террас. Факторами разрушения и переноса являются также приливно-отливные явления и морские течения, поверхностные и глубинные. В итоге создаются пляжи, береговые валы, бары, лагуны и др. Морские отложения представляют почти все типы ОГП. В прибрежной (литоральной) зоне отлагаются обломочные породы – галька, гравий, песок. В неритовой зоне (шельф до глубины 200м) – разнообразные илы, песчано-глинистые, карбонатные породы (известняки, мергель); на континентальном склоне и глубже накапливаются отложения илов, кремнистых пород, красных глин. В целом коренные морские отложения отличаются значительным распространением в плане и по глубине, однородностью, цементацией и значительной прочностью. В то же время некоторые их разности содержат включения минералов, легко выветривающихся при вскрытии пород различными выработками.

Геологическая работа озер подобна работе морей, но совершается в меньших масштабах соответственно происхождению озер (тектонические, эрозионные, карстовые, плотинные), их размерам и глубине. Факторами озерной абразии являются волны, колебания уровня воды и другие, вырабатывающие профиль берега. Особенно большое значение абразия имеет для искусственных озер – водохранилищ, после заполнения которых длительное время происходит переработка берегов.

В прибрежной зоне озер отлагаются обломочные, глубже глинистые осадки; в последних часто наблюдается ленточная текстура из-за сезонности осадконакопления и других факторов. Химические отложения озер представлены известняками, известковыми туфами, мергелем, различными солями – гипсом, галитом, сильвином и др. Из биохимических осадков в озерах образуются диатомит, озерная известь, органический ил – сапропель.

Подземные воды разрушают ГП выщелачиванием и механическим,выносом мелких частиц из пор и трещин. В растворимых породах (каменная соль, гипс, известняк, доломит) выщелачивание приводит к развитию карста – совокупности отрицательных форм рельефа (карры, воронки, провалы) и подземных полостей различной формы и размеров (пещеры, пропасти), особому режиму поверхностных и подземных вод. Механический вынос подземными водами частиц рыхлых грунтов называется суффозией. Развитие суффозии на склонах в долинах рек уменьшает их устойчивость. Подтопление, то есть поднятие уровня грунтовых вод в зоне распространения лессовых пород, приводит к их просадкам. Близкое к поверхности залегание подземных вод содействует заболачиванию территории.

Отложение осадков подземными водами происходит при изменении концентрации растворенных в них веществ, температуры, скорости движения. В рыхлых обломочных породах это приводит к их цементации кварцем, кальцитом, гипсом, лимонитом. В полостях образуются конкреции, секреции, натеки; в пещерах – сталактиты и сталагмиты; на дне пещер отлагается также обломочный материал. В местах выхода минерализованных подземных вод на поверхность отлагаются химические ОГП – известковые и кремнистые туфы.

Болота представляют собой избыточно увлажненные участки земной поверхности со значительным (более 0,3 м) слоем торфа. По происхождению и условиям питания выделяют болота низинные, верховые и переходного типа, различающиеся по глубине, строению, свойствам торфа - основного типа болотных отложений. Торф представляет собой скопление не полностью разложившихся в условиях недостатка воздуха растительных остатков; в зависимости от степени разложения это рыхлая волокнистая или землистая масса, по физико-механическим свойствам резко отличающаяся от минеральных грунтов. Значения пористости торфа достигают 90 – 95%, а влажности 500 – 1000%, что определяет его высокую сжимаемость.

Ледники, то есть скопления льда занимают около 10% земной поверхности. В геологической истории земли известны периоды более широкого их распространения – эпохи оледенений; результаты работы льда проявились в рельефе и широком распространении ледниковых отложений. Ледниковая эрозия или экзарация проявилась в таких формах рельефа, как кары, троги, ванны выпахивания, курчавые скалы. При таянии ледников находящийся в них обломочный материал (морена) отлагался и перерабатывался водой, образуя такие аккумулятивные формы рельефа, как моренные гряды, озы, камы, друмлины, зандровые поля. Ледниковые отложения делятся на моренные и водноледниковые – флювиогляциальные и озерноледниковые. Наибольшей плотностью обладают моренные, обычно суглинки и супеси, неоднородные по составу, с включениями разнообразных обломков – от гравия и хряща до валунов и глыб. Флювиогляциальные отложения представлены песками, гравием, галькой; озерноледниковые – глинистыми породами (ленточные глины), зачастую слабыми, структурно неустойчивыми грунтами.

Сила тяжести участвует во всех геологических процессах. Самым наглядным образом она проявляется как главная причина разнообразных смещений ГП на склонах – обвалов, лавин, осыпей, оползней. Обвалы – обрушения со склонов значительных масс ГП с их дроблением; обрушения отдельных глыб называют вывалами. Происходят внезапно, особенно на крутых трещиноватых склонах. Масштабы обвалов различны – от малых до грандиозных. Снежные лавины представляют собой обвалы скопившегося на склоне снега, при движении захватывающего также обломки ГП; в зависимости от характера движения лавины подразделяют на осовы, лотковые и прыгающие. Осыпями называют накопления у подножья склона продуктов физического выветривания обнаженных поверхностью склона горных пород, а также сам процесс осыпания, перемещения обломков. Осыпи подразделяются по крупности обломков и по степени подвижности (действующие, затухающие, неподвижные). От осыпей отличают каменные россыпи, или курумы.

Оползни распространены не только в горных районах, но и на склонах долин рек, оврагов, откосах грунтовых сооружений – карьеров, насыпей, выемок. Причины оползней разнообразны, почти всегда они связаны с действием подземных вод или атмосферных осадков. Также разнообразны и проявления оползневых процессов: от быстрых смещений до медленного течения в виде оползня – потока; от скольжения рыхлых отложений по кровле подстилающих скальных пород до вращательных смещений песчано-глинистых пород по некоторой поверхности скольжения без существенного нарушения сплошности оползневого тела.

Важные для строительства явления в грунтах связаны с их промерзанием и оттаиванием и соответственно с переходами воды в лед и обратно. Неблагоприятным процессом при сезонном промерзании грунтов является морозное пучение. При промерзании грунта объем его увеличивается за счет замерзающей в порах воды и, что еще более значимо, за счет миграции влаги к фронту промерзания. В особенности этот процесс развивается в пылевато-глинистых грунтах и мелких песках, что необходимо учитывать при проектировании взаимодействующих с грунтом конструкций и сооружений: фундаментов зданий, земляного полотна дорог, аэродромных покрытий. Еще более масштабные процессы в связи с промерзанием и оттаиванием характерны для области распространения вечной мерзлоты (ВМ), занимающей в РФ 65,6 % ее территории. ВМ разнообразна по распространению в плане (сплошная; с таликами; островная); по глубине (непрерывная и слоистая, сливающаяся с деятельным слоем и несливающаяся); по характеру пород, их температуре и т.д.

Подземные воды ВМ подразделяются на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные. Надмерзлотные – это воды первого водоносного горизонта, приуроченного к породам деятельного слоя. Водоупор для них – ВМ. Могут полностью или частично промерзать; в последнем случае в них появляется напор, хотя в общем это ненапорные воды, аналогичные грунтовым.

Межмерзлотные воды циркулируют по таликам и трещинам в толще ВМ, часто являются напорными. Подмерзлотые – напорные воды глубоких водоносных горизонтов под толщей ВМ.

На свойства мерзлого грунта большое влияние оказывает льдистость, т.е. содержание льда. Он может быть в двух формах – цемента и включений; распространены также различные формы подземного льда – инъекционный, жильный, погребенный. Слово «вечная» в названии ВМ не должно мешать представлению о ней как системе динамической, чутко реагирующей на аномальные природные и критические техногенные воздействия. Поэтому ВМ может распространяться (агградация), или оттаивать (деградация). К мерзлотным процессам и явлениям относятся наледи, бугры пучения, морозобойные трещины и клинья льда, термокарст, солифлюкция, заболачивание. Наледи образуются в местах прорыва надмерзлотных вод, когда они оказываются под напором из-за промерзания сверху деятельного слоя. Прорывы происходят в местах ослабления промерзшего слоя, или там, где промерзания не произошло – например, под сооружениями. Они наледью могут быть повреждены или разрушены. Распространены также наледи речные и грунтовые. В последнем случае массы льда образуются в толще грунта, поднимая ее в виде бугра пучения. При таянии льда бугор оседает, поверхность относительно выравнивается. Но при больших размерах вытаивания льда может не произойти. Такие многолетние бугры пучения до 15 м высотой называются гидролакколитами. Борьба с наледями ведется устройством мерзлотных поясов – широких неглубоких канав, закладываемых поперек направления потока подземных вод.

Морозобойные трещины возникают при промерзании грунта. Распространяясь в глубину и заполняясь водой, снегом и льдом, они образуют ледяные клинья, проникающие иногда на глубину до 2м. Термокарст – образование различных понижений рельефа (воронки, блюдца, котловины) при вытаивании подземного льда и последующем оседании поверхности. Солифлюкция – оплывание, течение оттаявшего верхнего слоя на склоне. В результате на поверхности последнего появляются оплывины, террасовидные уступы. Заболачивание развивается при избыточном увлажнении вследствие оттаивания верхнего слоя; водоупором является ВМ. При отсутствии стока в теплый период быстро развивается влаголюбивая растительность. Возникающие так болота называются мари.

Дата добавления: 2014-12-23