геоморфология

Декомпрессия — освобождение горных пород от литостатической нагрузки приводит к раскрытию ранее сомкнутых литогенетических (диагенетических и контракционных), а также тектонических трещин. Именно этот процесс, который мало зависит от климатических факторов, определяет мощность приповерхностной трещиноватой зоны и делает возможным дальнейшее дробление пород в процессе морозного и солевого выветривания.

Морозное выветривание связано с расклинивающим действием замерзающей в трещинах воды. Неоднократное повторение замерзания-оттаивания приводит к расшатыванию блоков пород, образованию новых трещин и суммарному увеличению площади поверхности обломков при общем уменьшении их размеров. Естественной спецификой морозного выветривания является его тесная связь с климатическими условиями. В максимальной степени оно проявляется в нивальном климате, ограничено по глубине (зона сезонного промерзания) в умеренном климате и полностью отсутствует в субтропиках и тропиках, где на смену ему может приходить солевое выветривание, механизм которого (кристаллизация солей) сходен с замерзанием воды. Увеличивая суммарную поверхность трещин, морозное и солевое выветривание во многом обусловливает интенсивность инсоляционного выветривания.

Инсоляционное (температурное) выветривание обусловлено суточными и сезонными перепадами температур и в силу незначительной теплопроводности большинства горных пород сосредоточено в приповерхностной зоне их обломков. Разрушение пород происходит до минеральных зерен (из-за различных механических свойств минералов, зерен минералов и цементирующей массы).

Кроме охарактеризованных главных факторов физического выветривания дроблению пород способствует множество других процессов, носящих системный, эпизодический или случайный характер.

Образование приповерхностной трещиноватой зоны, в которой интенсивность дробления пород нарастает снизу

11

вверх, делает возможным активное движение воды вместе с растворенными в ней веществами. Взаимодействие водных потоков с минеральными зернами может выражаться в механическом выносе тонких (чаще всего глинистых) частиц, в растворении и обменных химических реакциях, в результате которых возникают новые минеральные ассоциации, устойчивые в зоне гипергенеза (выветривания). Весь этот комплекс процессов определяется как химическое выветривание. Особенности геохимических преобразований горных пород при химическом выветривании подробно рассматриваются в курсе «Литология» и в ряде спецкурсов, поэтому в данном учебном пособии мы лишь отметим, что итогом физического

ихимического выветривания является формирование коры выветривания. В наиболее общем случае в разрезе коры выветривания сверху вниз выделяются элювиальный горизонт, где происходит накопление остаточных продуктов выветривания — элювия; иллювиальный горизонт, где накапливается часть вещества, вынесенного из элювиального горизонта, и образуются новые минералы. Подстилающий горизонт образован щебнистым элювием, результатом физического выветривания коренных пород. Минеральный состав различных зон коры выветривания зависит от исходного состава коренных пород, водного режима, определяемого климатом, геоморфологическим положением территории, спецификой ее тектонического развития, длительностью выветривания. Отметим также, что при образовании как современных, так

ичетвертичных кор выветривания большое значение имеет биота — совокупность растительных и животных организмов, существующих на конкретных территориях в конкретные отрезки времени. Активное участие живых организмов в разрушении коренных горных пород позволяет говорить о биохимическом выветривании, при котором образуются почвы различных типов. Непосредственно почвы подробно рассматриваются в «Почвоведении», важнейшем научном направлении, становление и развитие которого связано с именем выдающегося российского ученого В. В. Докучаева.

12

Необходимость же их краткого рассмотрения в данном курсе обусловлена тем, что в четвертичной геологии ископаемые (погребенные) почвы играют исключительно важную роль в стратиграфии, при корреляции разрезов, реконструкции палеоклиматических и палеогеографических условий. По В. В. Докучаеву, главным свойством почвы является ее плодородие, которое определяется количеством гумуса, его составом, особенностями накопления в почвенном профиле. Почвы делятся на гидроморфные (болотные), образующиеся при близповерхностном положении зеркала грунтовых вод, и автоморфные (элювиальные), формирующиеся при глубоком залегании зеркала грунтовых вод. В классическом варианте в профиле автоморфных почв отчетливо выделяются три горизонта (сверху вниз): А, В, С. А — элювиальный горизонт, в верхней части образован перегнойно-аккумуля- тивным слоем, а в нижней — подзолистым. Горизонт В — иллювиальный, или горизонт вмывания, накопления веществ, вынесенных из горизонта А. Горизонт С — подпочва, материнская порода. Легко заметить, что в пространстве и коры выветривания, и почвы образуют в сущности один и тот же объект, а их различия обусловлены различными акцентами при изучении этого объекта. Для почвоведов важна, прежде всего, органическая составляющая, определяющая плодородие, для геологов — процессы минералообразования, условия формирования месторождений полезных ископаемых.

Определяющим в развитии кор выветривания и почв является водный режим, который характеризуется отношением объемов фильтрующейся влаги (нисходящего потока) и испаряющейся влаги (восходящего потока). Можно выделить следующие типы водного режима: непромывной (мерзлотный и аридный), полупромывной и промывной (зоны таежных лесов умеренного климата и зоны влажных тропиков).

Непромывной мерзлотный режим характеризуется практическим отсутствием фильтрации атмосферных осадков, избыточным увлажнением понижений земной поверхности, образованием в них гидроморфных (болотных) почв,

13

подстилающихся непроницаемой мерзлой породой. На возвышенных участках в условиях сурового климата кора выветривания и автоморфная почва представлены лишь щебнистым элювием.

Непромывной аридный режим возникает в зонах пустынь, полупустынь, при резком дефиците атмосферных осадков (менее 200 мм/год). Объемы испаряющейся влаги здесь многократно превышают объемы фильтрации. Благодаря выносу к поверхности и накоплению растворенных веществ образуются почвы-солончаки, лишенные горизонта А и представленные лишь горизонтами В и С. Разрез коры выветривания сформирован в основном щебнистым элювием, местами в верхней части сцементированным различным по составу материалом. При преобладании в составе такого цемента соединений железа образуются феррикреты, аморфного кремнезема — силькреты, карбонатных соединений — калькреты.

Полупромывной режим характеризуется примерным равенством объемов фильтрующейся и испаряющейся влаги. Этот режим реализуется в зонах степей и саванн, где образуются самые плодородные почвы — черноземы с увеличенным по мощности горизонтом А. Кора выветривания представлена (по Н. М. Страхову) щебнистым элювием (зона малоизмененной дресвы), который перекрыт гидрослюдисто-

монтмориллонит-бейделлитовой зоной.

Промывной режим таежных лесов умеренного климата

при среднегодовом объеме осадков около 1000 мм характеризуется преобладанием нисходящего потока влаги над испарением. В этих условиях образуются лесные почвы — подзолы, с редуцированным горизонтом А и увеличенным по мощности иллювиальным горизонтом, в котором накапливается значительная часть вынесенного сверху гумуса. В разрезе коры выветривания в верхней части добавляется каолинитовая зона.

Промывной режим влажных тропиков при значительных объемах испарения обладает резко увеличенным количеством среднегодовых атмосферных осадков (до 12 000 мм/ год). Почвы влажных тропиков — латериты (от латер —

14

кирпич), отличаются весьма низким плодородием. Коры выветривания, напротив, обладают наиболее развитым профилем, включающим (снизу вверх): зону щебнистого элювия;

гидрослюдисто-монтмориллонит-бейделлитовую зону; каолинитовую зону, глиноземно-охровую зону и железистый панцирь (кирасу) из окислов алюминия и железа.

Литература к разделу 1.2.1: [1, 8, 9, 15].

1.2.2. Склоны, склоновые процессы и склоновые отложения

В структуре литодинамических потоков вещества склоны располагаются за корами выветривания. На них подготовленный выветриванием материал начинает перемещаться (ближний перенос) под действием различных процессов. К склонам относятся участки земной поверхности с углами наклона от 2,5° или более 5° (в различных классификациях). И в том и другом случаях они составляют основную часть площади суши и являются главными элементами различных по генезису форм рельефа. Развитие склонов, таким образом, это развитие всего рельефа той или иной территории. Склоны классифицируются по множеству признаков.

По углу наклона выделяются (по Н. И. Николаеву) склоны: очень пологие 2—6°; пологие 6—15°; средней крутизны 15—30°; крутые 30—45; очень крутые 45—60; обрывистые 60—80°; отвесные 80—90°; нависающие — более 90°.

По форме поперечного профиля выделяются склоны прямые (с одинаковым углом наклона), выпуклые (с углом наклона, увеличивающимся к основанию), вогнутые (с углом наклона, уменьшающимся к основанию).

По форме в плане выделяются склоны линейные (с параллельными линиями стока), регрессивные (с линиями стока, сходящимися к основанию) и проксимальные (с линиями стока, расходящимися к основанию).

Склоны первичные выработаны в коренных породах и не имеют плаща склоновых отложений, а склоны вторичные покрыты плащом склоновых отложений.

15

Угол наклона устойчивых склонов соответствует углу естественного откоса для пород, в которых сформирован склон.

По отношению к склонам, в значительной степени условно, можно выделить склоноформирующие процессы, которые непосредственно создают склон, увеличивают или уменьшают его длину, и склоновые процессы, которые протекают на самих склонах и направлены на их уничтожение (выравнивание).

Общее развитие склона тесно связано с развитием склоноформирующего процесса в рамках геоморфологического цикла. На стадии расчленения (при понижении базиса денудации) в однородных по составу породах возникают выпуклые, первичные, устойчиво-неустойчивые (устойчивые в верхней части и неустойчивые — в нижней), постоянно увеличивающиеся по длине склоны. В системе склонов, разделенных водоразделом, такое увеличение длины может достигнуть определенного предела, при котором их бровки сольются с водоразделом и будут снижаться при сохранении длины склона. Такой процесс определяется как партиспленизация — частичное выравнивание рельефа. Поверхность, соединяющая такие водоразделы, называется партиспленом.

На стадии динамического равновесия (при постоянном положении базиса денудации) образуются прямые, первичные, устойчивые, с постоянной длиной склоны. Выветривание коренных пород на поверхности склонов приводит их к неустойчивому состоянию, обрушению продуктов выветривания по всему склону, удалению их от основания склона и переходу его вновь к устойчивому состоянию. При этом склон отступает в сторону водораздела, не меняя своей крутизны, а в его основании формируется субгоризонтальная площадка — педимент. Процесс образования педиментов называется педиментацией. В системе склонов при их отступании в сторону водораздела может произойти его уничтожение и слияние педиментов в единую поверхность выравнивания — педиплен. Процесс образования педипленов называется педипланацией.

16

На заключительной стадии геоморфологического цикла — стадии выравнивания, при повышении базиса денудации происходит постепенное уменьшение длины склона. Форма его поперечного профиля становится выпукло-вогну- той. Первичный склон постепенно замещается вторичным, покрытым склоновыми отложениями, которые активно смещаются по всему склону от линии водораздела. Водораздел снижается, образуется финальная поверхность выравнивания — пенеплен. Процесс ее образования определяется как

пенепленизация.

Представленная схема развития склонов является идеальной моделью при допущении, что склоны образуются в однородных по разрезу и по простиранию горных породах. В реальных условиях состав пород чаще всего непостоянен, и это определяет сложный характер поперечного профиля склонов.

Склоновые процессы тесно связаны со склоновыми отложениями и делятся на три основные группы: гравитационные, водно-гравитационные и водные.

Гравитационные процессы на склонах — это смещение обломочного материала непосредственно под действием силы тяжести. Отложения, которые при этом образуются, называются коллювием. Среди разновидностей гравитационных процессов выделяют обвалы — катастрофически быстрое перемещение материала к основанию склона с образованием

коллювия обрушения и осыпи — перекатывание и скольжение обломочного материала по склону с образованием коллювия осыпания. Коллювий обрушения — это хаотическое нагромождение несортированных обломков различных размеров. Осыпной коллювий слагает осыпные конусы в нижней части склонов или на их выположенных участках. Выше конуса осыпи выделяется осыпной лоток — линейное понижение на склоне, выработанное перемещающимися обломками. Еще выше располагается область питания осыпи, образованная выходами коренных пород. Наибольшим распространением коллювиальные отложения пользуются в

17

горных районах, где они приурочены к крутым, отвесным и нависающим склонам. Частным случаем гравитационных процессов являются снежные лавины различных типов.

Водно-гравитационные процессы протекают под действием силы тяжести с участием воды, которая выполняет роль смазки, снижающей трение. Это наиболее сложная и разнообразная группа склоновых процессов и отложений, включающая оползание, солифлюкцию, курумообразование, дефлюкцию.

Оползание (оползнеобразование) — это смещение блоков горных пород вниз по склону под действием силы тяжести и увлажнения без существенного изменения их внутренней структуры. Отложения оползней называются деляпсием. Существуют различные классификации оползней. Среди них наиболее значимыми являются кинематическая и морфологическая. В кинематическом отношении выделяются оползни вращения, скольжения, течения, отседания (проседания), выдавливания (выплывания).

Оползни вращения образуются путем отрыва блока породы и его вращения вокруг центра тяжести до устойчивого положения. Их диагностическим признаком является запрокинутая в сторону водораздела площадка оползневого тела.

Оползни скольжения образованы отрывом пластины пород на склоне и ее скольжением вниз по склону.

Оползни течения отличаются наибольшей активностью и образуются при интенсивном увлажнении склона в местах выходов грунтовых вод. Они образованы потоками нагромождающихся друг на друга относительно мелких оползневых тел.

Оползни отседания (проседания) образуются при особом строении разреза склона, где в верхней части располагаются относительно монолитные породы, а под ними — водонасыщенные (обычно песчаные) отложения. В верхней части склона в процессе выветривания откалывается блок горной породы и под влиянием собственного веса начинает постепенно погружаться в подстилающие пластичные отложения.

18

На границе оползневого тела и коренного склона возникают трещины отрыва, по мере роста которых формируется ров отседания с разновысотными бортами. С оползнями отседания генетически связаны оползни выдавливания (выплывания), образующиеся из пластичных пород за счет механического воздействия вышележащих оползневых блоков жестких пород.

В морфологическом отношении выделяются циркообразные, фронтальные, линейные и комбинированные оползни. В строении циркообразных оползней (оползней цирков) выделяется дугообразная в плане стенка срыва, ниже которой располагаются оползневые тела с бугристой поверхностью, нарушенной разнонаправленными трещинами отрыва. Между оползневыми телами и стенкой срыва часто располагаются заболоченные участки или небольшие озерца.

Фронтальные оползни обычно приурочены к протяженным вдоль склона выходам грунтовых вод. Выше этих выходов формируется стенка срыва, повторяющая очертания линии выхода грунтовых вод. Оползневые тела с неровной бугристой поверхностью образуют оползневую террасу.

Линейные оползни (оползни потоки) отчетливо вытянуты поперек склона, часто формируют специфические оползневые долины.

Комбинированные (глетчеровидные) оползни в морфологическом отношении объединяют несколько типов оползней. В верхней части склона располагается область питания, представленная множеством циркообразных оползней. Ниже, в долинообразном понижении располагаются ополз- ни-потоки.

Солифлюкция — это вязко-пластичное течение вниз по склону переувлажненного грунта. Солифлюкционные отложения называются солифлюксием. Выделяют морозную и тропическую солифлюкцию. Морозная солифлюкция является одним из основных склоновых процессов в областях развития многолетнемерзлых пород. В умеренном климате она имеет ограниченное распространение. При протаивании

19

в весенне-летнее время промерзшей части склона вода не может фильтроваться сквозь подстилающий мерзлый грунт, что приводит к переувлажнению рыхлых отложений, к переводу их в пастообразное состояние. Разжиженная масса плавно стекает вниз по склону, накапливается в виде натечных (солифлюкционных) террас. В условиях влажных тропиков сходная ситуация может возникать в сезоны дождей, когда атмосферная влага физически не успевает фильтроваться и перенасыщает отложения на склонах, создавая условия для развития тропической солифлюкции.

Курумы — каменные реки, каменные моря, представляют собой потоки щебнисто-глыбового материала, перемещающиеся под действием силы тяжести и переменного увлажнения. Они формируются на горных склонах, в областях выхода на поверхность прочных пород (кристаллических сланцев, гнейсов, гранитов, базальтов и т.п.). Курумы первого рода формируются за счет щебнисто-глыбового элювия, а курумы второго рода — за счет коллювия обрушения.

Дефлюкция (крип) — это смещение плаща рыхлого материала на склонах под действием силы тяжести и переменного увлажнения без разрыва его сплошности. Широко распространенный процесс на задернованных склонах различной крутизны. Дефлюкционные отложения называются

дефлюксием.

Водные процессы на склонах обусловлены непосредственным воздействием на склон водных потоков, периодически возникающих во время дождей или весеннего таяния снега. Такое воздействие определяется как водная эрозия и представлено двумя разновидностями: плоскостным смывом и линейной эрозией.

Плоскостной смыв — это перемещение мелких частиц тонкими пленками воды или переплетающимися струйками (мелкоструйчатый смыв) с накоплением на перегибах склона или в его основании шлейфов тонкого материала — делювия. Установлено, что плоскостной смыв осуществляется на незадернованных или слабо задернованных склонах. На скло-

20