Глава 11

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВЕТРА

Ветер является одним из важных геологических агентов, изменяю­щих лик Земли. Он производит геологическую работу повсеместно, но весьма неравномерно. Работа ветра будет намного интенсивней там, где отсутствует растительность и горные породы непосредственно сопри­касаются с атмосферой. Такими районами являются пустынные и по­лупустынные районы, а также высокие горные хребты и плато. Пусты­ни характеризуются аридным климатом, в котором количество осадков не превышает 25 см в год, но чаще гораздо меньше.

Распространены пустыни вдоль 30° северной и южной широт, там, где наблюдается нисходящий поток вертикальной циркуляции воздуха и где близповерхностные ветры направлены к северу и к югу. Нисходя­щий поток в атмосфере увеличивает плотность воздуха и нагревает его, позволяя удерживать в нем больше водяного пара. Испарение воды с поверхности земли в сухом, жарком воздухе так велико, что в нисходящем воздушном потоке почти не образуются облака и не быва­ет осадков. Противоположная ситуация складывается в приэкватори­альной зоне, где поднимающийся вверх воздух расширяется и охлаж­дается, теряя влагу. Поэтому в этой зоне всегда мощная кучевая облачность и обильные осадки. То есть пояс высокой влажности разде­ляет на Земле две пустынные зоны, приуроченные к 30° северной и южной широт. Однако не все пустыни приурочены строго к этим зо­нам. Важным фактором являются горные хребты, на одной стороне которых наблюдаются обильные осадки в связи с поднимающимся вверх влажным и теплым воздухом, а на другой дождей нет, т. к. происходит сильное испарение в результате сжатия нисходящего потока воздуха и его нагревания. Такими примерами являются пустыни Невада и Север­ная Аризона в США, Гималаи. Большая дистанция от океана — еще один фактор развития пустынь, как, например, в центральных районах Китая.

Ветер и пылевые бури. В греческих мифах богом ветра был Эол, поэтому и геологические процессы, связанные с деятельностью ветра, называются эоловыми.

Ветер — это движение воздушных масс, струй и потоков в призем­ном слое, в основном параллельно земной поверхности. Скорость ветра изменяется в широких пределах, от нескольких метров в секунду до ураганного в 25-60 м/с и более. Чем сильнее ветер, тем больше спосо­бен он захватывать и перемещать на огромные расстояния мелкие пес­чинки, пыль, вулканический пепел. Последний может подниматься вверх на 10-15 км и более, где подхватывается горизонтальными струйными течениями со скоростью 200-300 км/час и разносится на большие рас­стояния. При извержении вулкана Сент-Хеленс в 1980 г. в Западном Вашингтоне в Каскадных горах пепел разносился на 5 тыс. км. Пепел вулкана Кракатау при взрыве в 1883 г. несколько лет носился в стратосфере, огибая земной шар. Колоссальный взрыв вулкана Тамбо- ро в Индонезии в 1815 г. вызвал похолодание в Северной Европе, где 1816 г. был назван годом без лета, т. к. пепел резко понизил солнечную радиацию. Извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 г. понизило температуру на 1 °С опять-таки из-за разнесенного по земно­му шару вулканического пепла.

Перенос ветром тонких пылеватых частиц фиксируется на больших рас­стояниях. Так, пыль от бурь в Сахаре отмечена на восточном побережье США во Флориде, на о. Барбадос. В 1993 г. обсерватории Пекина зарегистрировали тонкий материал из Северной Африки и Аравии. Пыльные бури в Монголии поставляют материал в Японию и на острова Тихого океана и т. д., причем этот перенос осуществляется струйными течениями на высоте 9-12 км. В Евразии отмечается устойчивый северо-восточный перенос нылеватого ма­териала. Наиболее мощная за последние 20 лет пылевая буря, возникшая в апреле 2001 г. в Монголии в пустыне Гоби, за несколько дней достигла Китая, Кореи и Японии, а частицы, несомые ветром, обрушились на западное побере­жье США всего через неделю. Пыльные бури в Ставропольском крае за счита- ные дни уносят десятки тысяч тонн культивированной плодородной почвы. Существуют районы, в которых ветер каждый год дует с постоянной силой длительное время. Так, в марте-апреле в Северной Африке 50 дней дует жар­кий ветер из пустынь — хамсин. В это время даже аэропорты прекращают работу, видимость падает до нескольких метров, а в воздухе висит песчаная пыль и удушающе жарко. Сухой и жаркий северо-восточный континенталь­ный пассат — харматан переносит пыль из области Сахель в Атлантический океан, где жаркий воздух, насыщенный сахарской пылью, поднимается над влажным морским воздухом океана и переносится на тысячи километров на запад на высотах от 1,5 до 3,5 км. Тяжелые частицы выпадают в океан, а более легкие — достигают Североамериканского континента. Пыль из Сахары попа­дает и в Европу, когда над ней или над Средиземным морем резко падает атмосферное давление и туда устремляется горячий и сухой воздух — сирок­ко — из Африки. Интересно отметить, что концентрация твердых частиц в воздушных потоках холодных эпох четвертичного времени была выше, чем в современной эпохе. Анализ керна льда, взятого в Антарктиде, показал, что во время максимума последнего оледенения, -18 тыс. лет назад, концентрация пыли была в 20 раз выше по сравнению с нынешней.

В южных районах США каждый год возникают торнадо, или смерчи, — штопорообразное закручивание воздушных струй со сверхзвуковой скоро­стью в центре смерча. Подобное торнадо не только разрушает все построй­ки на своем пути, но и отрывает куски горной породы, перенося их на большое расстояние.

Геологическая работа ветра состоит из нескольких основных про­цессов: 1) разрушение горных пород — дефляция и корразия; 2) транс­портировка материала; 3) аккумуляция материала.

11.1. ДЕФЛЯЦИЯ И КОРРАЗИЯ

Под дефляциейпонимается выдувание рыхлых, дезинтегрирован­ных горных пород с поверхности Земли, а корразиейназывается обта­чивание выступов горных пород твердыми частицами, переносимыми потоками и воздушными струями в приземном слое. Этот процесс на­поминает действие пескоструйного аппарата, которым чистят камен­ные здания (рис. 11.1).

Дефляция проявляется там, где дуют сильные ветры, в своеобразных аэродинамических трубах — узких горных долинах, ущельях, например в Джунгарских воротах — долине между Джунгарским Алатау на западе и горами Барлык и Майли на востоке. В такой «трубе» создается сильная тяга воздуха и переносится не только песок, но и мелкие камешки, разме­ром до 1-3 см. Постоянные процессы выдувания — дефляции — приводят к постепенному углублению долин или узостей.

Дефляция проявляется в пустынных районах, в которых сдувается слой сухих рыхлых отложений, расположенных на более влажных. Выдувание приводит к формированию глубоких котловин, как, напри­мер, в Ливийской пустыне в Северной Африке, где впадина Каттара площадью около 18 тыс. км²имеет глубину 134 м ниже уровня моря. И таких дефляционных впадин и котловин много в различных пусты­нях. Ветер выдувает мелкие обломки и песок из всех трещин в скаль­ных выступах, делая их рельефнее. Дефляция углубляет также любые искусственные выемки, например колеи автомашин, следы трактора и т. д. Легко выдуваются лессовые породы, в которых образуются глубо­кие, до 20-30 м, ущелья.

Если в толще пород, подверженных дефляции, присутствуют более плотные стяжения или конкреции, то после выдувания рыхлого мате­риала они остаются как бы отпрепарированными, рельефно выделяясь на местности.

На дне бессточных котловин часто скапливается соль, кристаллиза­ция которой разрыхляет почву. А затем этот очень рыхлый слой, напо­минающий «пух», сдувается каждый год, и котловина углубляется на 5-7 см. И так повторяется ежегодно.

Рис. 11.1.Разрушение и аккумуляция сыпучего материала при эоловых процессах.

1. — корразия. Песчинки, перемещающиеся ветром путем сальтации (прыжками),

обтачивают выступы горных пород. II.А — образование бархана. 1 — ветер;

2. — песок; 34° — угол естественного откоса сыпучих тел — подветренный склон;

Б — перемещение бархана — пунктир; 3 — зона ветровой эрозии песка. III — образо­вание котловин выдувания: 1 — ветер; 2 — песок; 3 — увлажненный грунт; 4 — котловино выдувание

Корразии подвергаются все выступы горных пород, причем более мягкие участки, менее сцементированные, углубляются быстрее, чем плотные, и тогда образуются ячейки, ниши, углубления неправиль­ной формы. Любое уплотнение со временем становится выпуклой фор­мой. Поскольку переносимый ветром песчаный материал движется над самой поверхностью земли, не выше 2 м, а чаще до 0,5 м, обтачи­вание происходит в нижней части выступов пород. Поэтому часто формируются столбы и пирамиды — «каменные истуканы» с тонкой «шейкой» в основании и расширением вверху. Иногда образуются качающиеся камни, когда между двумя глыбами остается одна точка соприкосновения.

Если в пустынных районах много камней, то эти камни постепенно обтачиваются, коррадируются летящим песком, и при этом образуется отшлифованная поверхность. Камень может по каким-либо причинам перевернуться, и тогда обтачивается и полируется уже другая грань. Так образуются вентифакты,или драйкантеры,— трехгранные отшли­фованные обломки горных пород (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Образование драйкантеров (вентифактов): 1 — ветер; 2 — переворачивание камня; 3 — перемещающийся песок обтачивает и полирует поверхность камня

Эоловый перенос материала.Существуют два способа эолового пе­реноса: 1) сальтация и 2) волочение, перетекание.

Сальтация— это перемещение песчинок прыжками (см. рис. 11.2). Песчинка, поднятая ветром, ударяется в песок, выбивает из него еще песчинки и т. д. Сальтация происходит при довольно сильном ветре и действует по типу цепной реакции.

В других случаях песок под действием ветра «перетекает». Песчин­ки медленно перекатываются, «волокутся» по неровностям рельефа. Чем сильнее ветер, тем большего размера песчинки вовлекаются в этот процесс. Песок как бы струится, напоминая движение воды.

При сильных бурях вверх подскакивают даже камни небольшого размера и галька, которая таким способом также перемещается на боль­шое расстояние. Способность ветра к транспортировке песка зависит от его скорости и степени турбулентности. В процессе движения все песчинки сортируются по удельному весу и окатываются. Песчинки приобретают матовый оттенок и округлую форму.

11.2. АККУМУЛЯЦИЯ ЭОЛОВОГО МАТЕРИАЛА

Переносимые ветром частицы пыли, «перетекающие» пески, под­брошенные ураганом обломки и гальки где-то должны накапливаться, формируя толщи эоловых отложений.Пыль, вулканический пепел и мельчайший песок, унесенные ветром на большие расстояния, в конце концов осядут на землю и войдут в состав морских, озерных и конти­нентальных отложений. Но основная масса песка, образовавшегося при выветривании, разрушении и дефляции горных пород, образует накоп­ления вблизи этих мест, т. е. в пустынях, на морских побережьях, в низовьях речных долин, причем современные эоловые отложения рых­лые, т. к. они не успели сцементироваться из-за сухого жаркого клима­та и отсутствия воды.

Наибольшее количество песка аккумулируется в пустынях, где он со­стоит преимущественно из кварцевых зерен, как минерала наиболее ус­тойчивого к химическому выветриванию. Происхождение песка в основ­ном речное, т. е. песок пустынь — это перевеваемые аллювиальные отложения, т. к. тысячи лет назад климат в районах современных пустынь был более влажным, там текли реки и существовала растительность.

Ветер непрерывно перемещает песчаные массы, формируя своеобраз­ный рельеф, свойственный только пустыням. Пожалуй, наиболее типич­ной формой рельефа являются барханы — скопления песка, имеющие в плане форму сплющенного полумесяца с двумя «рогами», обращенными в сторону дующего ветра. В поперечном разрезе бархан — это асиммет­ричный холм, с пологим, длинным наветренным склоном и крутым в 34° (угол естественного откоса сыпучих тел), подветренным. Песок переме­щается вверх по пологому склону и скатывается с крутого, поэтому гре­бень у бархана острый. Барханы достигают в высоту 30-35 м, и когда их много, то они напоминают застывшие волны (рис. 11.3).

Нередко барханы группируются в цепи длиной 10-20 км, располо­женные перпендикулярно преобладающим ветрам, а иногда размеща­ются поодиночке. На поверхности наветренных склонов барханов об­разуется мелкая эоловая рябь, как на воде.

Кроме барханов в песчаных пустынях развиты валы— длинные, но неширокие скопления песка с пологими склонами. Высота гряд дости­гает 200 м, а длина — нескольких километров. В плане они похожи на вытянутые капли. Понижения между валами подвергаются дефляци­онным процессам, и тонкий материал выдувается из них, углубляя про­дольную котловину (рис. 11.4).

15 чйл

Рис. 11.3. Барханы

Рис. 11.4.Схема развития основных форм рельефа оголенных песков (по Б. А. Федо­ровичу): 1 — барханная лепешка (щитовидная дюна); 2 — эмбриональный бархан; 3 — молодой бархан; 4 — полулунный бархан; 5 — парный бархан; б — барханная цепь;

7 — крупная комплексная барханная цепь; 8 — групповой бархан, переходящий в продольную ветру барханную гряду; 9 — барханная продольная гряда с диагональными ребрами; 10 — крупная продольная гряда с комплексными диагональными ребрами

Грядово-ячеистые песчаные формы возникают при соединении пес­чаными перемычками гряд барханов.

Кучевые формы рельефа образуются за какими-либо препятствия­ми — скалами, глыбами горных пород, кустарниками. Разбросаны они беспорядочно и острым концом направлены по ветру.

Существуют и другие типы песчаных аккумулятивных форм, обус­ловленных перемещением песков под влиянием ветра, скорость кото­рого достигает десятков метров в год. Движущиеся пески наступают на поселения, перекрывают дороги, сельскохозяйственные поля. В древ­нем Египте знаменитый сфинкс, храмовые комплексы Луксор, Карпак, Дондура и др. были почти полностью погребены под песками и откопа­ны только в прошлом веке.

На морских побережьях, в долинах и дельтах крупных рек за счет развевания аллювиальных отложений формируются песчаные формы рельефа — дюны. Они похожи на барханы, имеют параболи­ческую форму и также передвигаются под влиянием преобладающих ветров.

Существуют также весьма интересные эоловые образования, назы­ваемые лессами,под которыми понимают толщи пород мощностью от нескольких метров до 400 м, обладающие светло-желтой (палевой) ок­раской и состоящие чаще всего из пылеватых частиц размером 10-60 мкм. Типичный лесс не обладает слоистостью, содержит карбонаты и тонкие вертикальные канальцы. Лессовые покровы, как прерывистые, так и сплошные, по данным кафедры инженерной и экологической гео­логии МГУ им. М. В. Ломоносова, занимают на континентах (кроме Антарктиды) площадь 4 258 990 км², или 33 % суши, и наиболее широ­ко развиты в Европе, где располагаются вне зоны последнего, поздне- верхнеплейстоценового (валдайского) оледенения, максимум которого был 18 тыс. лет назад.

Пылеватые частицы осаждались на поверхность Земли эоловым путем, т. е. из воздушной среды. По минеральному составу в лессах преобладают кварц, полевые шпаты и гидрослюды. Все лессовые по­кровы относятся к четвертичному периоду. Происхождение лессовых пород может быть как эоловым (в основном), так и делювиальным, пролювиальным и аллювиальным.

Важнейшим свойством лессовых пород является их просадочность, т. е. способность деформироваться либо при увлажнении, либо под действием нагрузки. Отсюда понятно, что инженерная геология уделя­ет лессовым породам особое внимание и проблема просадочности на­считывает не одно десятилетие.

11.3. ТИПЫ ПУСТЫНЬ

Пустыни объединяются в типы на основании того, преобладает ли в них дефляция или разные способы аккумуляции рыхлого материала.

Каменистые (скальные) пустыни,или гаммады,представляют со­бой развалы горных пород, группы скал, практически лишенных рых­лых, сыпучих отложений, которые уносятся процессами дефляции. Ка­менистая пустыня с гравийной поверхностью — рег(Алжирская Сахара), а с галечниковой поверхностью — так называемый серир(Ливия, Еги­пет). В таких довольно мрачных пустынях камни покрыты черным нале­том. Такое впечатление, что их покрыли лаком. Этот «пустынный загар» образуется потому, что очень сильное испарение в сухом жарком клима­те подтягивает вверх влагу по капиллярам в зоне аэрации, которая со­держит растворенные железомарганцевые окислы, выпотевающие на по­верхности камней.

Аккумулятивные пустынибывают различными по своему характе­ру. Преобладают песчаные пустыни — кумыв Средней Азии или эргив Африке. Всем известны пустыни Каракумы (черные пески), Кызылкум (красные пески), Сахара, Атакама, Калахари и др. Все эти пустыни обладают своеобразным рельефом из барханов, гряд, бугров и ва­лов. Песок, слагающий поверхность пустынь, непрерывно движется, хотя его мощность составляет всего несколько десятков метров, реже 100-200 м (рис. 11.5).

Рис. 11.5. Одиночные барханы в пустыне

Глинистые пустыни,или такыры,как правило, возникают на месте высохших озер. Поверхность таких пустынь исключительно ровная, покрыта глинистой растрескавшейся коркой. Идеальная ровная повер­хность в США используется на высохшем озере Бонневиль для заездов автомашин на побитие рекордов скорости (рис. 11.6).

Рис. 11.6. Такыр — глинистая пустыня

Солончаковые пустыни,или шоры,располагаются в местах преобла­дания лессовых отложений и характеризуются обычно сильно развитой овражной сетью, не оставляющей в таких пустынях ровного места.

Итак, пустынями на Земле сейчас занято около 20 млн км², и пло­щадь их увеличивается по причине неразумной хозяйственной дея­тельности человека, а также за счет изменения климатических усло­вий (рис. 11.7).

Чтобы замедлить или прекратить наступление пустынь, их надо зак­репить растительностью, вырастить которую в условиях безводной пу­стыни нелегко. Кроме того, нужно создать преграды на пути ветро­вого переноса материала, нужно ослабить ветер, разделив его плотный поток на более мелкие струи. Для этого выдвигают щиты, стенки, кото­рые, впрочем, могут быть довольно быстро засыпаны песком.

Рис. 11.7. Ветровая рябь на поверхности песка. Узбекистан (фото 3. Виноградова)

В наши дни опустыниванием охвачены земли: в Испании — 30 %, в Северной Америке — 27 %, в Южной Америке — 22 %, в Азии — 20 %, в Африке — 18 % и в Австралии — 8 %. Нет периодов покоя для восста­новления кормовой растительности, ведется выпас скота, происходят засолонение земель, вырубка лесов.