геоморфология

нах, покрытых дерниной, его объем практически равен нулю.

Всовременных условиях плоскостной смыв может развиваться на распаханных даже очень пологих склонах, где под его воздействием формируются обширные площади смытых почв. Переотложение этих почв (часто вместе с удобрениями) в верховьях речных долин приводит к интенсивному росту болотной растительности, заболачиванию малых рек и, как следствие, общему уменьшению объемов речного стока, обмелению рек. Кроме того, затруднение поверхностного стока при заболачивании становится причиной повышения уровня грунтовых вод и подтопления населенных пунктов.

Линейная водная эрозия формируется за счет плоскостного смыва, при его концентрации на регрессивных склонах. Увеличение глубины плоскостного потока приводит к росту скорости потока, приобретению им турбулентного (вихревого) характера и началу размыва склона с формированием серии эрозионных форм. В самом начале эволюционной последовательности таких форм находятся делли (потяжины) — пологие, широкие, протяженные, но не глубокие ложбины стока, в которых происходит первичная концентрация плоскостного смыва и рост скорости потока. Там, где эта скорость достигает критических величин для пород, слагающих склон, возникают водобоины (рытвины, донные врезы) — обычно небольшие эрозионные понижения с обрывистым склоном в верхней части и пологим аккумулятивным склоном — в нижней. Водобоины образуют цепочки, ориентированные вниз по склону. На обрывистом склоне водобоин скачкообразно возрастает скорость потока (образуется водопад), что приводит к усилению размыва и попятной (регрессивной) эрозии — отступанию обрыва вверх по склону. Вследствие попятной эрозии множество водобоин, образующих цепочки, сливаются в единую эрозионную форму — промоину. Ее продольный профиль параллелен склону. Образование промоины приводит к увеличению концентрации водного потока в ее устьевой части, где усиливается размыв.

Врезультате формируется склоновый овраг, отличающийся

21

от промоины параболической формой продольного профиля. Базисом эрозии склонового оврага является подошва склона или его перегиб. Здесь происходит аккумуляция продуктов размыва в виде пролювия, слагающего конус выноса.

Литература к разделу 1.2.2: [1, 4, 8, 11].

1.2.3. Карст и суффозия

Карстовые и суффозионные формы тесно связаны с корами выветривания, где в силу специфики состава материнских горных пород резко усилены процессы растворения или механического выноса тонких частиц поверхностными и грунтовыми водами.

Карст — это совокупность процессов, форм рельефа и отложений, связанных с растворением горных пород. При этом растворение выступает в качестве инициатора других сопутствующих процессов — водной эрозии и аккумуляции (образования карстового аллювия), обрушения и накопления карстового коллювия, формирования озерных отложений.

Базисом карстования в каждом конкретном случае может быть уровень застойных подземных вод, подошва карстующихся пород или уровень накопления нерастворимого остатка, блокирующего доступ воды к карстующейся породе. По строению разреза зоны аэрации можно выделить три варианта карста: открытый, покрытый и перекрытый. В открытом карсте карстующиеся породы непосредственно выходят на поверхность или перекрываются легко проницаемыми для воды отложениями мощностью до трех метров. В покрытом карсте карстующиеся породы залегают под легко проницаемыми для воды отложениями мощностью более трех метров. В перекрытом карсте над карстующейся породой располагается водоупор, затрудняющий движение воды.

В морфологическом отношении выделяется поверхностный, подземный и комбинированный карст. При поверхностном карсте растворению подвергается только кровля карстующейся породы. Основными формами поверхностного

22

карста являются карры, воронки, котловины. Карры — это различного размера (глубиной от нескольких сантиметров до 3 и более метров) борозды на поверхности карстующейся породы. Карстовые воронки — это конические понижения, на дне которых могут проявляться поглощающие поноры. Диаметры карстовых воронок изменяются от долей метра до нескольких десятков метров, иногда достигают ста метров и более. Изменчива в широких пределах и их глубина.

Подземный карст развивается при растворении породы внутри карстующегося массива. Важнейшую роль при этом играет степень трещиноватости пород. Выделяется несколько типов подземного карста: сетчатый, щелевой, понорный и пещерный. Сетчатый карст характеризует, как правило, начальные этапы развития карста. Разбитая множеством разнонаправленных трещин порода начинает растворяться по поверхностям этих трещин. Очертания первично угловатых обломков постепенно сглаживаются. Пространство между стенками трещин заполняется нерастворимым остатком. Порода приобретает конгломератоподобный облик.

Щелевой карст развивается по крупным трещинам. В начале процесса трещина расширяется за счет растворения, затем в ней может скапливаться и протекать вода, к растворению добавляется размыв стенок трещины, который приводит к формированию узких, глубоких и протяженных «щелей» внутри карстующегося массива. Размыв сопровождается отложением продуктов размыва, формируется карстовый аллювий.

Понорный карст образуется, как правило, под карстовыми воронками. Представляет собой чаще всего вертикальные веретенообразные пустоты, образующиеся в узлах пересечения трещин, как за счет растворения, так и размыва горных пород.

Пещерный карст развивается при эволюции понорного и щелевого карста, когда к процессам растворения и водной эрозии добавляется обрушение стенок и кровли пустот, образуются массы карстового коллювия. Подчиняясь движе-

23

нию потоков воды, подземный карст часто приобретает очень сложную структуру, выраженную расположением пустот на различных гипсометрических уровнях (этажный карст).

Комбинированный (провальный) карст образуется при соединении в процессе эволюции карста его поверхностных и подземных форм. При обрушении пород над понорами в карстовых воронках образуются карстовые колодцы. Обрушение пород над карстовыми щелями приводит к образованию карстовых долин. Грандиозные провалы над этажным пещерным карстом представлены карстовыми шахтами. Наконец, массовое обрушение на огромных площадях образует карстовые полья.

В классификации карста по литологическим типам пород (литологические типы карста) выделяют карст: солевой (галоидный), силикатный (бради-карст), сульфидный (рудный), сульфатный, карбонатный и кластический (обломочный).

Солевой карст возникает в залежах солей. Благодаря высокой растворимости соли процесс растворения здесь является наиболее важным.

Силикатный карст связан с выносом аморфного кремнезема в корах выветривания, формирующихся в тропическом климате. Он представлен относительно мелкими поверхностными формами.

Сульфидный (рудный) карст формируется при выщелачивании сульфидов. Выщелачивание сопровождается образованием серной кислоты, которая воздействует на вмещающие породы, усиливая их разложение.

Сульфатный карст — это карст в ангидритах и гипсах. Его специфика обусловлена тем, что при переходе ангидрита в гипс существенно увеличивается объем породы. Это увеличение приводит к закрытию трещин, вследствие чего гипсовый карст развивается преимущественно в поверхностных формах, и только тогда, когда зияние трещин достаточно велико и не может быть устранено за счет увеличения объема породы, карст интенсивно развивается в подземных формах.

24

Карбонатный карст — карст в карбонатных породах, является наиболее распространенным в силу широкого распространения самих карбонатных пород. Вместе с тем, он оказывается наиболее сложным в физико-химическом отношении. Карбонат кальция в дистиллированной воде в нормальных условиях растворим весьма слабо. Его растворение в природе обусловлено наличием в воде углекислого газа, часть которого, соединяясь с водой, образует угольную кислоту. Угольная кислота, вступая в обменную реакцию с карбонатом кальция, переводит его в бикарбонат — соединение, которое может существовать только в растворе. Если бикарбонат кальция постоянно удаляется вместе с водой и насыщения раствора не происходит, растворение карбонатной породы продолжается. Содержание углекислого газа в воде зависит от его парциального давления в воздухе и от температуры воды. Эта зависимость предопределяет тесную связь карбонатного карста с климатическими условиями. В холодном климате, в холодной воде углекислого газа может быть достаточно много, но карсту препятствует короткий летний период, наличие многолетней мерзлоты. В аридном климате карста нет из-за дефицита воды. Во влажном умеренном климате развивается классический карст в поверхностных, глубинных и провальных формах. Он сопровождается накоплением широкого спектра отложений: известковых туфов (травертинов) — натечных образований, возникающих при химическом осаждении карбоната кальция в форме кальцита

иарагонита; карстового элювия, аллювия и коллювия, кар- стово-озерных отложений. В условиях влажных тропиков развивается тропический карст. Его особенность заключается в том, что он образуется преимущественно в поверхностных формах, для которых разработана своя классификация, включающая, кроме карров и воронок, карст котловинный, башенный и конический. Специфика тропического карста обусловлена тем, что среднегодовая температура грунтовых

иповерхностных вод в тропиках составляет +25 °С, что существенно понижает растворимость углекислого газа. Но

25

в приповерхностном слое почвы за счет круглогодичного разложения растительного отпада образуются повышенные концентрации двуокиси углерода. Под влиянием высокого парциального давления углекислый газ растворяется в воде приповерхностного слоя. Порода начинает растворяться. Однако, на некотором удалении вглубь, где нет высокого парциального давления, углекислый газ вскипает, начинается интенсивное осаждение карбоната кальция, который полностью закрывает трещины, делая невозможным развитие глубинного карста. В понижениях поверхности карстующихся пород мощность органического детрита больше, поэтому и парциальное давление углекислого газа больше, а значит, и процесс поверхностного карста протекает быстрее, что приводит к росту глубины первичного понижения и далее процесс нарастает лавинообразно. В итоге возникают глубокие (до 300 м и более) карстовые котловины (стадия котловинного карста). После достижения дном котловин базиса карстования они начинают расширяться за счет педиментации склонов, сливаются между собой при уничтожении водоразделов. В рельефе сохраняются лишь денудационные останцы, имеющие вид крутостенных высоких башен (стадия башенного карста). Дальнейшее разрушение башен характеризует стадию конического карста. В финале на уровне базиса карстования образуется поверхность выравнивания — карстовый педиплен.

В литологическом отношении в карбонатном карсте различают карст известняковый, доломитовый и мелмергельный. Наиболее полно и разнообразно карбонатный карст представлен в известняках и мраморах. В доломитах карст затрудняется тем, что растворению с участием углекислоты подвергается лишь кальцитовая составляющая породы. Минерал доломит накапливается в нерастворимом остатке, образуя так называемую «доломитовую муку», которая блокирует процесс растворения. В мел-мергельном карсте, благодаря тому, что порода состоит из мелкого известкового органогенного детрита с примесью глинистых частиц, наряду с процессами растворения начинают в различной степени

26

проявляться процессы механического выноса (в виде взвеси) тонких частиц и собственно карст дополняется суффозией. Поэтому формы, образующиеся в мел-мергельных отложениях, часто являются карстово-суффозионными.

Кластический (обломочный) карст формируется в обломочных породах при растворении карбонатного цемента. Обычно дополняется процессами суффозии.

Суффозия — это вынос из породы тонких частиц грунтовыми водами. Вынос сопровождается образованием форм рельефа, во многом сходных с формами классического карбонатного карста. Суффозия осуществляется в лессах, глинистых песках, в валунно-галечных отложениях, в которых матрикс представлен песчано-глинистой составляющей.

Литература к разделу 1.2.3: [1, 6, 11, 17].

1.2.4. Флювиальный рельеф и флювиальные отложения

В условиях рельефа суши флювиальный рельеф, образующийся за счет временных и постоянных водотоков, является важнейшей компонентой геоморфологического ландшафта. Его главной формой является долина — линейное понижение с однообразным по направлению уклоном. Основными морфологическими элементами долины являются борта (склоны) и днище (дно). Борта могут осложняться террасами — ступенями различного происхождения. Террасы могут быть структурными, обусловленными выходами устойчивых к денудации пород, и речными, отражающими эрозионно-акку- мулятивные циклы развития флювиальных долин. Среди морфологических элементов террас выделяют площадку (поверхность) террасы, уступ, бровку уступа — линию пересечения площадки и уступа, тыловой шов — линию, отделяющую поверхность террасы от расположенной выше части склона. В днище долины находится ее тальвег — линия, соединяющая самые низкие точки долины. Днище может осложняться речным руслом, в котором располагается меженный водный поток, донными оврагами (донными врезами), развитыми в

27

долинах временных водотоков. К днищам долин может быть приурочена пойма — это приподнятая над меженным уровнем воды в реке часть дна долины, затопляемая половодьем.

Состояние долин характеризуется их продольным профилем. Выделяются невыработанный, выработанный и предельный продольные профили. Невыработанный профиль характеризует активное врезание долины при понижающемся базисе эрозии. Базис эрозии — это предельный уровень, до которого может углубляться долина (уровень моря, озера или другой долины, в которую впадает данная долина). Невыработанный профиль имеет ступенчатую форму, обусловленную различиями противоденудационной устойчивости коренных пород. Выработанный профиль обладает параболической формой, отражает динамическое равновесие между размывом и отложением в условиях постоянного положения базиса эрозии. Предельный продольный профиль

характеризует условия заполнения долины аллювием при повышающемся базисе эрозии.

По форме поперечного профиля флювиальные долины делятся на теснины — долины с почти отвесными, отвесными и нависающими склонами, переходящими непосредственно в русло; ущелья (V-образные долины), у которых склоны соединяются в основании по тальвегу, а днище отсутствует; каньоны — долины, склоны которых осложнены структурными террасами; троги (корытообразные долины, долины с U-образным профилем) — долины с простыми склонами, у которых отчетливо выражено днище; разложистые долины — с плавными очертаниями выпукло-вогнутых склонов, постепенно переходящими в днище; полициклические (террасированные) долины, склоны которых осложнены речными террасами.

В отличие от рассмотренных ранее склоновых оврагов, характеризуемые флювиальные формы соединяются друг с другом базисами эрозии в единую систему — гидросеть. По форме в плане флювиальные системы характеризуются различными типами рисунков — древовидным (дендровид-

28

ным), в котором равномерно развиты притоки, а главная долина выражена слабо; перистым — с отчетливо выраженной главной долиной и слабо ветвящимися притоками; решетчатым — долины в бассейне, которые, подчиняясь ориентировке трещин в породах, образуют решетку; радиальным центробежным — истоки множества долин расходятся из одной точки, и радиальным центростремительным — притоки сходятся в одной точке; параллельным — притоки расположены параллельно главной долине; кольцевым — долины огибают некоторое препятствие.

Верхнее звено гидросети образовано долинами временных водных потоков, а нижнее — долинами постоянных водных потоков (речными долинами). Долины временных потоков делятся на овражные, овражно-балочные и балочные. Тип долины определяется соотношением объемов материала, поступающего со склонов за единицу времени и материала, удаляющегося временным водотоком. В овражных долинах преобладает вынос материала водным потоком, их поперечный профиль V-образный, склоны первичные, глубина долин увеличивается. В овражно-балочных долинах наблюдается равенство объемов материала, поступающего со склонов и выносимого временным водным потоком. У таких долин появляется отчетливо выраженное днище, образующееся за счет педиментации, их склоны преимущественно первичные. В балочных долинах объем поступающих склоновых отложений превышает объем материала, выносимого временным водным потоком. По форме поперечного профиля — это разложистые долины с выпукло-вогнутыми или вогнутыми склонами. Дно балочных долин покрыто балочным аллювием, который характеризуется грубой субпараллельной, иногда косой слоистостью. Дно осложняется донными оврагами (донными врезами). Тип долины может изменяться в различных ее частях.

Долины постоянных водотоков (речные долины) характеризуются наличием русла, в котором постоянно протекает турбулентный водный поток. Его сложная вихревая структура обусловлена неравенством скоростей движения воды в

29

центральных частях и на периферии, вследствие торможения потока о дно и борта русла. Центральные (стрежневые) струи обгоняют периферические, порождая водовороты. Кроме того, на излучинах (меандрах) русла под действием центробежной силы массы воды прижимаются к изгибу, отражаются от него и устремляются к противоположному берегу, усложняя тем самым турбулентность потока и обусловливая постепенное смещение меандров вниз по долине. На русловой поток оказывает влияние и сила Кориолиса, возникающая вследствие сложения собственного движения потока и вращения Земли вокруг своей оси. В результате русловой поток в Северном полушарии прижимается к своему правому берегу, а в Южном полушарии — к левому. Сила Кориолиса, таким образом, становится причиной асимметрии поперечного профиля речных долин. В процессе саморазвития образуется специфическая структура русла, обусловленная закономерным чередованием глубоких участков (плесов) и мелких (перекатов). Структура русла и особенности турбулентного движения в нем воды оказывают непосредственное влияние на формирование речного аллювия. В соответствии

сзаконом Эри максимальная масса частицы, которую может переносить водный поток (работа потока), прямо пропорциональна шестой степени скорости потока. Скорость потока, исходя из эмпирической зависимости Шези, возрастает

сувеличением уклона русла и массы воды (глубины потока). Поэтому в вихревом потоке, где скорости и направления движения воды постоянно меняются, одновременно происходят размыв, перемещение и отложение наносов.

Отложения, которые формирует речной поток, называются речным аллювием — важнейшим генетическим типом континентальных отложений. В зависимости от внешних условий, в которых накапливается аллювий, выделяются его фации. Основными фациями аллювия являются: русловая, пойменная и старичная. Русловой аллювий постоянно накапливается в русле реки. Для него характерны однонаправленная косая слоистость, относительно более грубый состав.

30