какие формы рельефа образуются при суффозии
Какие формы рельефа образуются при суффозии
Процесс выноса грунтовыми водами мельчайших частиц породы и растворенных веществ называется суффозией. Суффозия приводит к просадке поверхности и появлению таких форм рельефа, как степные блюдца (поды), суффозионные овраги, воронки, провалы, поля просадки. Особо благоприятные условия возникновения просадочных форм существуют там, где в мощных толщах рыхлых отложений (особенно лёсса) при общем незначительном их увлажнении происходит вертикальная циркуляция вод.
Степные блюдца (поды) — пологие овальные понижения, часто возникающие в степных районах на поверхности лёссовых равнин. Дно степных блюдец опущено по сравнению с ненарушенным положением поверхности на 2—3, а иногда на 7 м, диаметр понижения редко бывает более 100 м.
Степные блюдца обычно приурочены к бессточным участкам лессовых равнин и к водоразделам. Возникают они чаще всего на месте первичных неровностей, в которых временно скапливается вода. Просачиваясь, вода, выносит мелкие частицы из рыхлых пород, делая их менее плотными, и создает условия для возникновения просадки. Степные блюдца типичны для лёссовых равнин Украины, Западно-Сибирской низменности и т. д.
Суффозионные воронки. Энергичный вынос частиц породы может привести к образованию пустот, а обвалы над пустотами создают воронки диаметром в несколько метров. Обычно такие воронки расположены группами. При дальнейшем выносе подземными водами пород на месте воронки образуется провал — впадина, ограниченная обрывами. Co временем провалы углубляются и расширяются. Сливаясь, суффозионные воронки и провалы могут образовать овраг. При большом скоплении воронок и провалов создается суффозионное поле — сравнительно пониженное пространство с очень сложным изрезанным рельефом.
В условиях сухого климата образование просадочного рельефа может быть вызвано искусственным орошением. Такой просадочный рельеф очень распространен в Средней Азии.
Оползневой рельеф. Суффозионный рельеф. Карстовый рельеф.
Равнины — значительные по площади участки поверхности, характеризующиеся малыми различиями высот (в пределах 200 м). Наблюдатель, находящийся на равнине, видит всю линию горизонта, не скрывающуюся за неровностями рельефа.
По абсолютной высоте поверхности (по отношению к уровню моря) равнины делятся на отрицательные — лежащие ниже уровня моря (например, Прикаспийская), низменные — высотой до 200 м (например, Западно-Сибирская), возвышенные — от 200 до 500 м (например, Среднерусская) и нагорные — выше 500 м (например, равнины Тибета). Чем выше расположена равнина над уровнем моря, тем сильнее может быть ее расчленение.
По форме поверхности выделяют равнины горизонтальные, наклонные, вогнутые, выпуклые; по общему характеру рельефа — плоские, ступенчатые, волнистые.
Форма поверхности, характер ее рельефа определяются происхождением и историей развития равнины.
По происхождению равнины можно разделить на три типа: денудационные (остаточные), аккумулятивные (насыпные) и первичные. Выше мы касались вопроса образования денудационных равнин на месте гор, разрушенных экзогенными факторами (образование пенеплена). Такие равнины распространены, например, в Африке. К типу денудационных относятся также равнины, созданные разрушительной деятельностью моря — абразионные.
Аккумулятивные, или насыпные, равнины образуются путем выравнивания поверхности за счет, засыпания неровностей рыхлым материалом или заполнения их лавой. Этот тип объединяет равнины, возникшие в результате отложения наносов реками (аллювиальные), ледниками (моренные) и талыми водами ледника (флювиогляциальные), накопления их в озерах (озерные), а также в результате излияния на поверхность огромных масс преимущественно основных лав (вулканические плато).
Самые обширные по площади равнины — первичные — бывшие участки морского дна, ставшие впоследствии сушей. Они формируются при временном погружении платформенных областей под уровень неглубокого моря и поэтому сложены с поверхности горизонтальными или слабонарушенными слоями осадочных пород (чехлом), покрывающими более или менее выровненное складчатое основание. В рельефе таких равнин выделяются приподнятые участки основания, лишенные чехла (щиты).
Неотектонические колебательные движения создали в рельефе первичных равнин отдельные изолированные поднятия различной формы, например купола, валы, обусловили появление обширных плоских прогибов (синеклиз) и поднятий (антеклиз). Как правило, в рельефе первичных равнин антеклизам соответствуют возвышенности (например, Среднерусская и Приволжская), синеклизам — низменности (например, Прикаспийская, Окско-Донская).
Экзогенные факторы формируют на поверхности первичных равнин мезо- и микроформы скульптурного рельефа: при преобладающем воздействии одного или нескольких экзогенных факторов возникают целые морфологические комплексы.
Оползневый рельеф
Оползни — скользящее смещение масс горных пород по склону под действием силы тяжести (рис. 108). Так же называются и формы рельефа, возникшие в результате процесса сползания на склонах долин, оврагов, гор, на берегах озер и морей. Для оползней характерно сползание масс без их опрокидывания и сильного раздробления. Этим они отличаются от обвалов.
Скольжение масс породы происходит часто по поверхности водоупорного слоя (глина, слой многолетней мерзлоты). Поэтому склоны, сложенные слоями наклоненных водонепроницаемых и водоупорных пород, благоприятны для образования оползней. Смачивая поверхность водонепроницаемых пластов, вода уменьшает трение. Смещению породы вниз способствует также движение воды, стекающей по водоупорному слою.
Подземные воды пропитывают породы, слагающие склон, увеличивая их вес, и вызывают нарушение равновесия и скольжение их и без наклона пластов в сторону долины, а иногда даже при обратном их падении.
Оползни возникают при подмыве крутых склонов рекой или морем, при давлении на неустойчивый склон какого-либо сооружения. Благоприятствуют возникновению оползней искусственные и естественные сотрясения склонов (землетрясения, взрывы и другие причины).
В оползне слои часто имеют ненарушенное залегание, но несколько наклоняются в сторону, противоположную его движению. Нередко на поверхности оползня сохраняются деревья, росшие до его образования. При сползании они наклоняются в разные стороны и возникает так называемый «пьяный» лес.
В нижней части оползня, там, где грунтовые воды выходят на поверхность, разжиженные ими породы могут образовать грязевые языки.
Формы и размеры оползней разнообразны. Почти всегда оползни отделяются от склона по некоторой дугообразной линии, образующей полукольцо. Такие оползни называются циркообразными. От смещения оползня на склоне возникает амфитеатр. Ширина отдельных циркообразных оползней достигает сотен метров и даже нескольких километров (до 6,5 км). Глубина, на которую амфитеатр вдается в склон, по крайней мере в два раза меньше ширины.
При благоприятных условиях, когда оползневой процесс развивается очень быстро, отдельные циркообразные оползни сливаются и на склоне возникает терраса, наклоненная в сторону, противоположную движению оползня. Поверхность оползневой террасы неровная, более расчлененная, чем поверхность речных террас. В углублениях рельефа на оползневой террасе часто выходят ключи, возникают болота и даже небольшие озера. Оползневую террасу всегда можно отличить от террасы другого происхождения по строению, которое точно такое же, как у коренного берега, от которого оторвался оползень.
Одиночные оползни занимают площадь в несколько гектаров. Группы оползней могут захватывать площади до нескольких десятков квадратных километров. Оползневой рельеф типичен для побережья Азовского и Черного морей, правобережья среднего и нижнего течений Волги и вообще для правых крутых берегов рек южной части Русской равнины.
Так как оползни наносят большой ущерб народному хозяйству, с ними ведется борьба, заключающаяся главным образом в отводе поверхностных и грунтовых вод от мест, подверженных оползневым явлениям. Изучением оползней и борьбой с ними занимаются специальные оползневые станции.
Суффозионный рельеф
Процесс выноса грунтовыми водами мельчайших частиц породы и растворенных веществ называется суффозией. Суффозия приводит к просадке поверхности и появлению таких форм рельефа, как степные блюдца (поды), суффозионные овраги, воронки, провалы, поля просадки. Особо благоприятные условия возникновения просадочных форм существуют там, где в мощных толщах рыхлых отложений (особенно лёсса) при общем незначительном их увлажнении происходит вертикальная циркуляция вод.
Степные блюдца (поды) — пологие овальные понижения, часто возникающие в степных районах на поверхности лёссовых равнин. Дно степных блюдец опущено по сравнению с ненарушенным положением поверхности на 2—3, а иногда на 7 м, диаметр понижения редко бывает более 100 м.
Степные блюдца обычно приурочены к бессточным участкам лессовых равнин и к водоразделам. Возникают они чаще всего на месте первичных неровностей, в которых временно скапливается вода. Просачиваясь, вода, выносит мелкие частицы из рыхлых пород, делая их менее плотными, и создает условия для возникновения просадки. Степные блюдца типичны для лёссовых равнин Украины, Западно-Сибирской низменности и т. д.
Суффозионные воронки. Энергичный вынос частиц породы может привести к образованию пустот, а обвалы над пустотами создают воронки диаметром в несколько метров. Обычно такие воронки расположены группами. При дальнейшем выносе подземными водами пород на месте воронки образуется провал — впадина, ограниченная обрывами. Co временем провалы углубляются и расширяются. Сливаясь, суффозионные воронки и провалы могут образовать овраг. При большом скоплении воронок и провалов создается суффозионное поле — сравнительно пониженное пространство с очень сложным изрезанным рельефом.
В условиях сухого климата образование просадочного рельефа может быть вызвано искусственным орошением. Такой просадочный рельеф очень распространен в Средней Азии.
Карстовый рельеф
Карстом называются явления, возникающие в растворимых горных породах (известняк, доломит, гипс, реже соль, мел) под совокупным действием поверхностных и главным образом подземных вод. Явления карстообразования приводят к возникновению особых форм рельефа: карров, воронок, колодцёв, шахт, карстовых котловин, польев и др.
Условия образования карстовых форм: 1) наличие растворимых пород; 2) наличие трещин, делающих эти породы водопроницаемыми; 3) небольшой уклон поверхности, позволяющий воде не только стекать, но и просачиваться; 4) значительная мощность карстующихся пород; 5) их возвышенное положение или низкое положение уровня грунтовых вод, обеспечивающее вертикальную циркуляцию воды в породах; 6). достаточное, но не избыточное количество воды.
Когда карстующиеся породы находятся на поверхности, карст называют открытым (средиземноморским); если эти породы прикрыты другими «породами, некарстующимися, карст называется покрытым (среднеевропейским).
Карры (шратты) — глубокие борозды на обнаженной поверхности карстующихся пород, разделенные узкими, часто острыми гребнями. Расположены карры рядами, параллельными друг другу, или представляют сложные ветвящиеся лабиринты. Глубина карров колеблется от нескольких сантиметров до 2 м.
Образование этой формы карстового рельефа вызвано химическим и механическим воздействием воды дождей, тающего снега, моря (в полосе прибоя) на поверхность растворимых пород. Растворение протекает интенсивно в понижениях, по которым стекает вода.
Форма и размеры карров зависят от химического состава и характера трещиноватости пород, а также от климата. Лучше всего карры выражены в чистых известняках в сухих субтропиках. В этих условиях борозды и гребни более или менее симметричны и имеют примерно одинаковые размеры.
Скопления карров образуют труднопроходимые карровые поля. Co временем поверхность, покрытая каррами, изменяется: трещины расширяются, гребни разрушаются, возникают нагромождения глыб известняка, очень типичные для областей развитая открытого карста. Карровые поверхности почти всегда лишены растительности.
Карстовые воронки свойственны как открытому, так и покрытому карсту (рис. 109). Это наиболее типичная и широко распространенная форма карстового рельефа. Различают воронки поверхностного растворения и провальные, а также воронки «просасывания».
Карст и суффозия
Карст как явление
Карст представляет собой комплекс явлений и процессов, результатом которых является возникновение поверхностных и глубинных пустот в растворимых водою горных породах. Как вытекает из определения, под карстом понимают не только процесс растворения, но и его результат – образование специфических карстовых форм рельефа.
Необходимыми условиями развития карста являются наличие толщи растворимых пород и наличие вод. Активному протеканию карстовых процессов способствует также пористость и трещиноватость, обеспечивающая интенсивное движение вод в массиве растворимых пород.
Активному растворению карбонатов способствует наличие в водах минеральных или органических кислот, поступающих из почв.
Карстовые формы
Процессы развития карста наиболее ярко проявлены в образовании различных карстовых форм, среди которых в первую очередь выделяют поверхностные и подземные формы.
Поверхностные формы представлены бороздами – каррами, а также различным замкнутыми углублениями: воронками, ваннами, котловинами, польями, слепыми (замкнутыми в нижнем конце) долинами и балками, а также естественными колодцами и шахтами.
Карры являются микроформами карстового рельефа и представляют собой рытвины и борозды, глубиной от нескольких см до 1-2 м. Борозды и разделяющие их гребни либо протягиваются почти параллельно друг другу, совпадая с направлением уклона рельефа или падения слоёв горных пород, либо располагаются хаотично, ветвятся и сливаются друг с другом. Образование карров связано с воздействием атмосферных осадков и талых снеговых вод, основную роль при этом играет выщелачивание, лишь на крутых склонах проявляется также и эрозия стекающими водными струями. Карры иногда покрывают обширные площади, образуя карровые поля.
Наиболее распространённой карстовой формой являются воронки. Они имеют разнообразную форму (конические, котлообразные, блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) и размеры (диаметр от 1 до 200 м и глубину от 0,5 до 50 м). На дне воронок и других понижений встречаются поноры – вертикальные или наклонные глубокие отверстия щеле- или колодцеобразной формы, поглощающие поверхностные воды и отводящие их в глубину карстового массива. По происхождению воронки разделяются на воронки поверхностного выщелачивания, образующиеся за счёт выноса в растворённом состоянии выщелоченной на поверхности породы через поноры или трещины; и провальные воронки, образующиеся за счёт обвалов сводов подземных карстовых полостей.
За счёт слияния нескольких воронок образуются более крупные карстовые формы – котловины. Ещё более масштабными поверхностными карстовыми формами являются полья – обширные, иногда громадные формы (до сотен км 2 ) с плоским дном и крутыми склонами, образующиеся за счёт слияния котловин. Глубина польев может достигать уровня грунтовых вод, из-за чего на их дне образуются временные или постоянные водоёмы, карстовые озёра (нередко полья частично подтапливаются только во влажный сезон, превращаясь во временные озёра.
В тропиках часто встречаются и положительные карстовые формы рельефа: башни, конусы, купола и т.п.
Типичными подземными формами являются карстовые пещеры. Обычно они имеют причудливые очертания, что обусловлено сложностью систем трещин (определяющих направление фильтрации растворяющих вод), их пересечением и неоднородностью состава карстующихся пород. Наиболее крупные карстовые пещеры возникают в зоне полного насыщения при заполнении трещинных зон напорными подземными водами.
Карстовые отложения
К карстовым отложениям относятся разнообразные по составу и генезису породы, объединяемые лишь общностью приуроченности к карстовым полостям.
Пещерные отложения в зависимости от происхождения можно подразделить на остаточные, гидрохемогенные, гидромеханические, гравитационные, биогенные и биохеогенные, антропогенные образования
Остаточные отложения формируются за счет накопления и переотложения нерастворимого остатка карстующихся пород. Характерными отложениями является терра-росса (от итал. terra rossa – красная земля) – красноцветные глинистые отложения, обогащённые гидроокислами алюминия и железа, представляющие собой нерастворимый остаток известняков. Терра-росса встречается как на дне карстовых воронок, так и в пещерах.
Гидромеханические (водные механические, инфлювиальные) отложения связаны с приносом водой в карстовые полости и трещины карстового массива твёрдых частиц. Для группы таких отложений, выполняющих трещины, иногда применяется специальный термин «кольматолиты» (от colmatage – вмывание). Представлены такие образования преимущественно скоплениями вязкой глины.
В некоторых пещерах накапливаются осадки, связанные с деятельность подземных рек. При этом значительная часть отлагаемого ими материала может быть связана в привносом частиц водным потоком из-за пределов собственно карстовых полостей. Из общего комплекса карстовых отложений они выделяются, если скорость движения потока достаточна высока, чтобы придать отложениями характерные структурно-текстурные особенности. Невысокие скорости движения подземных вод приводят к формированию глинистых отложений.
Отложения подземных озёр представлены различными осадками, источниками которых являются продукты выветривания коренных пород, минералы, кристаллизующиеся из озерной воды, а также материал, занесенный водными потоками (в том числе и подземными реками).
Особенно широкое развитие в пещерах имеют карбонатные натёчные образования. Воды, просачивающиеся по трещинам в карбонатных породах, обычно содержит много углекислого газа, что значительно увеличивает их растворяющую способность. Растворяя по пути своего движения известняки, вода насыщается кальцием в виде бикарбоната:
Когда насыщенная бикарбонатом кальция вода просачивается с потолка или стенок пещеры, она теряет часть углекислого газа; в результате нарушения равновесия реакция сдвигается влево. Бикарбонат переходит в карбонат кальция (СаСО3), который частично выпадает в осадок ещё в момент, когда вода находится на потолке пещеры:
Так из капель, просачивающихся с потолка пещеры, нарастают вниз натёчные образования, называемые сталактитами, а из капель, падающих на пол пещеры, образуются сталагмиты. Вода, стекающая по стенам пещер, образует кальцитовые драпировки, а при слиянии линейно расположенных сталактитов возникают занавеси.
Корочки кальцита часто образуются при испарении пленочных растворов на пористых поверхностях.
Кальцитовые пленки могут образовываться и на поверхности воды подземных озер.
В случае фильтрации вод через толщи, содержащие рудные залежи или рассеянную минерализацию, из них может осаждаться не только кальцит, но и другие минеральные соединения – см. рис. В некоторых пещерах Средней Азии обнаружена промышленная урановая минерализация. Некоторую роль при образовании минералов в глубоких пещерах могут играть также минерализованные гидротермальные растворы.
Наряду с хемогенными образованиями, для многих пещер характерны и биохемогенные накопления. Значительные объёмы органогенного материала в пещерах представлены помётом летучих мышей – гуано. Гуано, реагируя с глиной, образует фосфаты алюминия.
В пещерах присутствуют также гравитационные обвальные накопления – продукты обрушения сводов пещер. В сводах крупных галерей можно наблюдать купола обрушения, под которыми расположены высокие конусы из обломков.
Обвалы часты близ входов пещер, последние часто загромождены обломками. Причиной тому интенсивное температурное и морозное выветривание при сезонной или суточной смене положительных и отрицательных температур. Обвальный процесс в зоне морозного выветривания особенно интенсивен, при этом большинство обвалов здесь происходит, когда промерзшие породы оттаивают и более активны инфильтрационные процессы.
Суффозия
С карстовыми процессами нередко тесно связаны процессы суффозии, образуя карстово-суффузионные явления. Суффозия (от лат. suffosio – подкапывание, подмывание) – механический вынос тонких частиц водой, фильтрующейся в толще горных пород. Фильтрующаяся вода осуществляет работу двоякого рода: с одной стороны, она выщелачивает и уносит растворимые соли, с другой – производит механический вынос мельчайших частиц породы. В результате происходит разрыхление пород, образование подземных пустот, приводящих к обрушению и просадке сводов. Так в области развития лёссов на поверхности Земли наблюдаются формы, аналогичные типичным карстовым формам – воронки, замкнутые западины и т.п.
Изучение карстовых и карстово-суффузионных явлений имеет большое практическое значение.
С некоторыми карстовыми полостями связаны месторождения рудных полезных ископаемых. Источником рудных компонентов могут выступать как нерастворимые компоненты карстующегося массива (терра-росса на дне карстовых полостей), так и привнесённые в карстовые полости осадки с других рудных объектов. С карстовыми полостями связаны некоторые месторождения фосфоритов (карстовые фосфориты полуострова Флорида в США содержат до 35-40% P2O5), никелевых руд (на Урале такие руды одержат 1,5-2,5% Ni), бокситов, железа, марганца, ртути, сурьмы и пр.; отмечаются россыпи золота, касситерита, алмазов и другие полезные ископаемые.
Без учёта характера протекания этих явлений невозможно проектирование и возведение зданий, сооружений и транспортных путей. Кроме того, с некоторыми пещерами связаны залежи полезных ископаемых, из обводнённых пещер добывают воду. Холодные пещеры-ледники служат в качестве природных «холодильников» и снабжения льдом. Для некоторых районов весьма существенной статьей доходов служит спелеотуризм – подземные залы со сталактитами, сталагмитами и другими натёчными формами очень живописны, в некоторых крупных карстовых пещерах оборудованы даже концертные залы. Особенности глубоких пещер – постоянство температуры и влажности, содержание в воздухе ионов, отсутствие аллергенов и пр. – используются в лечебных и бальнеологических целях.
Суффозия
Текущие в пустотах и прослойках горных пород воды в некоторых случаях способны растворять или размывать слагающую массу. Когда растворенные частицы породы уносятся с подземным водным потоком, говорят о возникновении суффозии.
Что такое суффозия
Суффозия – это вынос определенных грунтовых частиц подземными водами. Она сопровождается проседанием грунтового слоя, формированием суффозионных впадин, блюдец, воронок (диаметр до 100 м), пещер. Вследствие явления может измениться гранулометрическая структура пород как подвергшихся размытию, так и фильтровавших выносимый материал.
Чаще всего суффозионный процесс отмечается на участках лёссов и суглинков лёссовидного типа. В карбонатах, гипсе, мергелях, песчано-глинистых грунтах возможно дополнение выноса карстом. Это называется глинистый псевдокарст.
Провоцирующий фактор – движущиеся грунтовые воды. Явление возможно при сложении следующих условий:
Виды суффозии
По способу воздействия на породы выделяют:
Химический тип подразумевает выщелачивание минеральных элементов. Он наблюдается, когда фильтрующаяся вода наталкивается на растворяющиеся в ней вещества.
Механическая суффозия – размытие и перемещение пород, даже не содержащих растворяющихся веществ, интенсивно текущей подземной водой. Явление наблюдается преимущественно на речных склонах и оврагах.
В большинстве случаев химический и механический процессы совмещены. Смешанный тип чаще всего отмечается в лёссах.
По действию водного потока в грунте выделяют процесс:
В первом случае размытие происходит между грунтовыми слоями, не захватывает внутренность грунта. Во втором случае оно осуществляется под действием водного потока внутри слоя, обуславливается значительным ускорением фильтрации подземных вод.
Для борьбы с суффозией грунта применяются активные и пассивные меры. В первом случае осуществляют мероприятия, направленные на устранение причины явления:
Во втором случае рационально размещают строящиеся объекты, учитывают их конструкцию. Перед инженерными и строительными работами осуществляют мониторинг территории, на которой высока вероятность суффозионного процесса.