Элювий и кора выветривания
В результате процессов выветривания верхняя часть горных пород (на глубину в несколько метров, а нередко и десятков метров) покрывается чехлом рыхлого материала, или, как обычно в таких случаях говорят, – конечными продуктами выветривания; часть этих продуктов уходит в раствор и уносится проточными водами.
Конечные продукты выветривания, которые остаются на месте своего образования, называются элювиальными отложениями, или элювием. Элювиальный покров, накапливающийся длительное время и имеющий большое площадное распространение, называют ещё корой выветривания.
Большой практический интерес представляют древние коры выветривания, погребенные под более молодыми отложениями осадочных пород. В древней коре выветривания, образованной на поверхности кристаллических изверженных пород, нередко обнаруживаются крупные промышленные скопления некоторых рудных материалов.
Элювиальные отложения под действием проточных вод или силы тяжести сносятся с места своего образования и нередко создают покров на склонах и пониженных участках. Такие смещенные вниз по склону продукты выветривания получили название делювиальных отложений, или делювия. Разновидностью делювия является пролювий – скопления рыхлых неотсортированных продуктов выветривания у подножия гор, перенесенные временными потоками.
Почвы и их типы.
Очень важным элементом коры выветривания является почвенный покров. Почвой называют верхнюю часть коры выветривания, образованную, наряду с другими видами выветривания, при самом деятельном участии растительных (преимущественно) и животных организмов. На образование почв большое влияние оказывает климат. Характер почвы во многом зависит также от состава породы, на которой сформировалась почва. Эта порода носит название материнской.
Почва представляет собой обычно слой мощностью до 1м и более. В состав почвы входят твердые частицы, вода, воздух и живые организмы (особенно в большом числе микроорганизмы). Твердые частицы составляют основную часть почвы и представлены как минеральным (образованным при выветривании материнской породы), так и органическим веществом. Минеральные частицы бывают различных размеров. Самой ценной частью почв является гумус, в состав которого входит ряд сложных органических соединений. Содержанием гумуса в известной мере определяется плодородие почв.
В вертикальном разрезе в почве выделяется несколько горизонтов, расположенных в определенной последовательности. В верхней части почвы находится перегной – слой, окрашенный в темный цвет и содержащий отмершие и истлевшие растительные остатки. Ниже следует горизонт вымывания, имеющий более светлую окраску; из него соли и коллоидальные частицы вымыты просачивающимися сверху водами. Ещё ниже расположен горизонт вымывания, в котором отлагаются соли, вынесенные из вышележащих горизонтов. Этот слой более плотный и в нем хорошо видны вкрапления солей.
В зависимости от климатических зон различают следующие основные типы почв: подзолистые, степные, болотные, солончаковые и латеритные. Для территории нашей практики характерны подзолистые и болотные почвы.
Подзолистые почвы образуются во влажных, умеренных и холодных областях, покрытых лесом. Верхние горизонты таких почв сильно выщелочены (соли внесены в нижний горизонт). В этих почвах содержится очень мало минеральных и органических веществ.
Болотные почвы образуются в условиях высокого стояния грунтовых вод и перенасыщены водой. Сильная насыщенность почвы водой обуславливает крайне медленное разложение органического вещества, которое постепенно накапливается и превращается в торф. При малом содержании кислорода происходит образование закисных соединений, в частности железистых. Закисные соединения железа придают почве зеленовато – синий цвет.
Кора выветривания района практик хорошо просматривается в разрезе правого берега реки Томь (скала «Боец»). Она представлена палеогеновыми песками с флорой, озерными неогеновыми глинами, четвертичными глинами, лессовидными суглинками и современным почвенным слоем.
Также выход мел-палеогеновой коры выветривания мы пронаблюдали на правом берегу реки Томи, у склона, примерно в 500 метрах выше по течению реки, от штольни.
По ходу маршрута на правом берегу реки Ушайки в районе поселка Степановка наблюдали выходы коры выветривания – выходы белой каолиновой глины.
Фото 4.
Геологическая деятельность рек
Реки – это крупные, постоянные или периодически действующие водные потоки, образованные атмосферными и подземными (выходящими на поверхность) водами или же водами, стекающими при таянии ледников и вечных снегов.
Река имеет следующие элементы:
Долина – относительно узкое, вытянутое в длину понижение в рельефе, выработанное рекой в процессе её развития.
Дно или ложе – самая низкая часть долины
Русло – та часть дна, по которой протекает вода;
Склоны долины – участки долины, которые расположены по обе стороны дна или ложа.
Дельта – это огромный конус выноса реки, обычно треугольной формы.
Пойма – часть дна долины, возвышающаяся над руслом и ежегодно во время половодья заливаемая водой.
Меандра – изгиб реки.
Рукав – ответвление русла реки.
Старицы – изолированные от реки озера, бывшие ее русла.
Речные террасы – это ступенчатые площадки, образованные рекой в бортах долины.
Формирование речной долины обусловлено как эрозионной, так и аккумулятивной деятельностью проточных вод. Эрозия проявляется в двух формах: 1) глубинная эрозия, вызывающая размывание долины вглубь; 2) боковая эрозия – расширение долины в ширину вследствие подмывания склонов.
Аккумулятивная работа проявляется на всем протяжении речной долины, на дне которой осаждается водой рыхлый материал, но более энергично он накапливается в нижнем течении реки. Обломочный материал, который переносится и отлагается реками, называется аллювием.
Развитие речной долины представляет собой сложный и длительный процесс, состоящий из нескольких этапов (или стадий), последовательно сменяющих друг друга.
В начальную стадию развития реки, называемую обычно стадией молодости, в речной долине наиболее энергично проявляется глубинная эрозия. Поперечный профиль долины реки в этой стадии развития V – образный, сравнительно узкий; русло занимает все ложе долины. Продольное сечение долины отличается довольно крутым наклоном, повторяющим в той или иной мере неровности земной поверхности, по которой течет река. На крутых участках, при наличии выхода в русле твердых пород, образуются пороги и водопады. Течение реки более или менее прямолинейное.
Боковая эрозия в стадию молодости проявляется значительно слабее глубинной эрозии. Речные осадки (аллювий) в долине накапливаются слабо, так как быстрое течение и крутой наклон благоприятствуют их выносу к устью, в море.
Наличие порогов и водопадов в равнинных реках с хорошо выработанной долиной связано с замедленным поднятием части долины, сложенной твердыми породами. Реки, имеющие пороги, отличаются быстрым и бурным течением.
В последующей стадии развития, называемой часто стадией зрелости, река вырабатывает так называемую кривую равновесия продольного профиля. В течение этой стадии река выравнивает свое ложе, и ее продольный профиль приобретает вид плавной кривой, более крутой в верхнем течении и более пологой в нижнем течении. На всем протяжении долины, очертания которой достигли такой плавной кривой в продольном профиле, устанавливается определенное равновесие в каждой ее точке между скоростью течения воды, уклоном реки и процессами, протекающими в долине.
Когда река достигнет кривой равновесия продольного профиля, в верхнем течении ее проявляется преимущественно глубинная эрозия; боковая эрозия и аккумуляция осадков проявляется здесь значительно слабее. Зато в нижнем течении преобладает боковая эрозия, в результате которой речная долина значительно расширяется и заполняется осадками. В среднем течении оба вида речной эрозии проявляются довольно умеренно; в нем преобладают процессы переноса рыхлого материала.
В среднем и в нижнем течении реки, где долина значительно расширяется и заполняется осадками, русло начинает блуждать, извиваться среди собственных наносов и образует излучины (меандры). Возникновение излучин связано с тем, что водный поток, преодолевая трение о дно русла, удлиняет его; при этом образуются многочисленные извилины, в связи с чем уменьшается уклон реки. В последующем развитии реки излучины все время увеличиваются, перешейки между ними сильно сужаются, и в случае временного усиления скорости течения они прорываются. В результате русло реки выпрямляется, а из излучин образуются серповидные озера, или старицы.
Ширина русла реки в стадию её зрелости во много раз меньше ширины ложа. Поэтому ложе за пределами русла остается сухим, и только в половодье русловые воды выходят из своих обычных границ и покрывают все ложе. Часть долинного ложа, которое заливается водой во время паводков, получила название поймы, а также пойменной или луговой, террасы. Пойма полностью сложена речными (аллювиальными) отложениями.
В последующую, заключительную стадию развития реки, называемую нередко стадией старости, продольный профиль реки сильно выполаживается в связи с общим понижением местности при эрозионной деятельности проточных вод. При этом течение реки становится едва заметным, русло сильно извивается почти на всем протяжении реки, разбивается на ряд озер и стариц, зарастает болотной растительностью. Долина становится широкой, заполняется аллювием, склоны сглаживаются. Заболачивание долины сопровождается торфообразованием. Река как бы отмирает.
Возрождение рек. Террасы.
Установлено, что большинство рек ещё до наступления стадии старости может быть возрождено, так как у них происходит значительное усиление глубинной и боковой эрозии. Поэтому реки могут переживать несколько циклов развития.
Основным условием усиления эрозионной деятельности рек является понижение базиса эрозии, которое может быть вызвано двумя причинами:
понижением уровня морского бассейна, куда впадает река;
поднятием участка земной коры, по которому протекает река.
Обе причины являются следствием медленных колебательных движений (эпейрогенеза). При возникновении этих условий русло реки получает более крутой наклон, скорость её течения возрастает и, как следствие, начинается энергичное усиление глубинной эрозии – явление, особенно характерное для начальной стадии развития реки. Русло реки углубляется до тех пор, пока не вырабатывается новый нормальный продольный профиль равновесия применительно к новому базису эрозии.
В результате переуглубления долины реки прежняя пойма оказывается настолько приподнятой выше русла, что она более паводковыми водами не заливается; образуется надпойменная терраса. Если в долине реки имеется несколько надпойменных террас (расположенных соответственно одна над другой), то это указывает на неоднократное повторение циклов развития реки (равное числу террас).
Итак, речная надпойменная терраса представляет собой остаток древнего ложа (дна) реки. Чем выше по склону реки расположена терраса, тем она древнее.
Известно, что эпохи слабого проявления тектонических движений, когда происходит выравнивание рельефа, сменяются эпохами относительно быстрых поднятий и опусканий земной коры. На месте плоскодонных долин появляются молодые эрозионные врезы V — образного типа. Происходит как бы «омоложение» речной долины. Река вновь начинает вырабатывать продольный профиль применительно к новым соотношениям с базисом эрозии. В результате в реке формируется новая пойма на более низком гипсометрическом уровне. Прежняя пойма останется у коренного склона долины в виде площадки, сочленяющейся с новой поймой уступом и не заливаемой талыми водами. Последующее оживление тектонических движений вновь вызовет врезание потока в коренные породы и формирование плоской долины на еще более низком уровне.
Таким образом, в речных долинах образуется лестница террас, возвышающихся друг над другом. Они называются надпойменными террасами. Является самой высокой и наиболее древней, а низкая — самой молодой. Нумерация террасы снизу от более молодой. У каждой террасы различают следующие элементы: террасовидную площадку, уступ или склон, бровку террасы, тыловой шов, где терраса сочленяется со следующей террасой или склоном (см. рис)
Рис. 5. Элементы надпойменных террас (Кныш С.К., Геология, ч.1, эндогенные процессы, Томск 2004)
Надпойменные террасы, как и пойменные, покрыты аллювиальными отложениями, но более древними (соответственно времени формирования террас). Надпойменные террасы этого типа называются аккумулятивными террасами. Существуют также эрозионные, или структурные, террасы, представляющие собой как бы уступы коренных пород в склонах долин. Образование эрозионных террас происходит в том случае, когда к моменту наступания нового цикла эрозии в долине ещё не накопилось достаточного количества аллювиального материала.
Террасы, выработанные в коренных породах и покрытые аллювием, называются цокольными террасами.
Нередко древние надпойменные террасы в процессе последующего развития речной долины частично или полностью уничтожаются эрозией.
Закон Бэра.
В развитии речных долин отмечается следующая закономерность. В северном полушарии у большинства рек правые берега крутые и левые пологие. Большая крутизна правых берегов, как показал русский ученый Бэр, вызвана тем, что реки под влиянием вращения Земли с запада на восток отклоняются вправо, и поэтому их долина расширяется главным образом за счет правого берега. Вследствие этого надпойменные террасы лучше сохраняются на левом берегу. В южном полушарии реки по той же причине подмывают левый берег.
Это объяснение получило название закон Бэра, и сформулированный закон является естественным физическим законом. Однако под влиянием местных движений земной коры иногда отмечается отклонение от закона Бэра.
Речные осадки.
В результате эрозионной деятельности проточных вод образуются огромные массы рыхлого материала, часть которого отлагается в долинах рек и оврагов, а часть выносится в море. Аллювиальные отложения, накопившиеся в долине реки, образуют террасы.
В равнинных реках, в связи с частым изменением силы потока, отлагаются слои с характерной для них косой слоистостью, перемежаемостью пропластков и быстрым их выклиниванием на коротких расстояниях. Отложения здесь представлены в основном зернами кварца различной величины. Имеются и пылеватые частицы, неравномерно распределенные в толще песков или же собранные в глинистые пропластки. В террасах мощность аллювия может достигать нескольких десятков метров.
Русловой и террасовый аллювий равнинных рек имеет большое практическое значение как строительный материал.
С отложениями современного и древнего аллювия многих рек связаны россыпные месторождения золота, платины, драгоценных камней, титана, редких элементов.
Дельты.
Большая часть речных осадков выносится в море и, осаждаясь близ устьев рек, образует дельту.
Дельта – это огромный конус выноса реки, обычно треугольной формы. Дельты некоторых рек занимают площадь в десятки и даже сотни тысяч квадратных километров. Мощность отложений в дельте достигает десятков и даже сотен метров. Нередко дельтовые осадки настолько заполняют прибрежную мелководную часть моря, что при этом увеличивается площадь суши. В такой надводной части дельты река образует обычно многочисленные протоки, придавая приустьевой части весьма своеобразный вид.
Состав рыхлого материала в дельте в общем такой же, как и в долине реки. Но в дельте аллювий подвергается определенной сортировке морскими волнами и включает в таких случаях примеси типично морского происхождения. Сортировка дельтовых осадков заключается в том, что более грубый материал осаждается вблизи берега, а по мере отдаления от него выносится и осаждается все более и более тонкозернистый материал. Вдали от берега осаждается наиболее тонкозернистый, илистый материал. В прибрежной части дельты её слои имеют наклонное положение, а далее в сторону моря они постепенно выполаживаются. Со временем, когда прибрежная часть дельты заполнится отложениями, приносимый материал начинает отлагаться в виде горизонтальных слоев.
Если крупная река или несколько рек впадают в большое, но неглубокое озеро, то в результате постепенного расширения дельты озеро может полностью исчезнуть, а на его месте образуется аллювиальная равнина.
Общее направление эрозионной деятельности рек.
В процессе развития реки образуется речной бассейн.
Речной бассейн – это река со всеми её притоками.
Вся поверхность суши, с которой стекает вода в данный речной бассейн, называется водосборным бассейном. Площадь водосборного бассейна может достигать огромных размеров.
Речные бассейны отделяются один от другого водораздельными пространствами (водоразделами), которые представляют собой наиболее возвышенные участки земной поверхности. По мере расширения речного бассейна верховья главной реки и ее многочисленных притоков врезаются все дальше и дальше в водораздельные пространства. Нередко река одного бассейна захватывает своим верховьем верховье реки другого бассейна. В результате происходит перераспределение речной сети.
Явление перехвата происходит в результате того, что одна река или речная система занимает большую водосборную площадь или быстрее врезается своими верховьями в водораздел, чем другая река или речная система. Вызывается это либо тектоническими движениями, либо быстрым опусканием низовьев, либо большим выпадением осадков.
При длительной эрозионной деятельности проточных вод, особенно в условиях обильного выпадения атмосферных осадков, происходит вначале усложнение, расчленение рельефа, а затем общее сглаживание, выравнивание и понижение земной поверхности. Этот процесс происходит в сочетании с другими геологическими процессами.
Геологическая работа поверхностных, текучих вод зависит от массы воды и скорости ее течения. Чем больше масса и скорость, тем больше совершаемая работа. Она складывается из смыва, размыва (эрозии), переноса и отложения (аккумуляции) продуктов разрушения горных пород. Деятельность поверхностных вод, или водная денудация, имеет огромное значение в формировании рельефа. Она приводит к расчленению и в целом к понижению поверхности материков.
Реки производят огромную денудационную и аккумулятивную работу, существенно преобразуя рельеф. Питание рек бывает: снеговое, ледниковое, дождевое, за счет подземных вод. Для каждой реки в течение года характерно чередование периодов высокого и низкого уровня воды. Состояние низкого уровня называется меженью, а высокого - паводком или половодьем. Движение воды в реках всегда турбулентное (беспорядочное, вихревое). В поперечном сечении потока максимальные скорости наблюдаются в наиболее глубокой части потока – стрежне, меньше — у берегов.
Мощные водные потоки производят большую эрозионную, переносную и аккумулятивную работу. Способность рек производить работу называют энергией реки, или ее живой силой (К). Она пропорциональна массе воды и скорости течения.
В образовании речных долин главная роль принадлежит эрозии. Различают эрозию донную, или глубинную, направленную на врезание потока в породы, слагающие дно русла, и боковую, ведущую к подмыву берегов и, в целом, к расширению долины. Соотношение глубинной и боковой эрозии меняется на разных стадиях развития долины. В начальных стадиях преобладает глубинная эрозия, когда водный поток стремится выработать свой продольный профиль, который характеризуется значительными неровностями. Река стремиться сгладить эти неровности применительно к уровню моря или озера, в которые впадает река. Уровень бассейна, куда впадает река, определяет глубину эрозии речного водного потока и называется базисом эрозии.
Геологическая деятельность реки Томи. На практике мы пронаблюдали долину реки Томи. Точка наблюдения находилась на левом берегу реки, напротив мыса «Боец».
Строение долины ассиметрично, что подтверждает закон Бэра. В результате этого на левом берегу образуется широкая разработанная пойма, сложенная аллювием, образующимся при разрушении правого берега. Аллювий реки Томи хорошо окатан, гальки уплощенные, гладкие.
Фото 5. Река Томь под Лагерным Садом
На левом берегу растительность располагается параллельно современному руслу.
Наблюдая за старицами реки можно проследить путь миграции русла реки. Оно мигрировало с юго-запада на северо-восток. Самой молодой современной старицей является Сенная Курья. Русло реки Томи свободно меандрирует по своей долине.
Долина реки находится на древней стадии развития (так как профиль корытообразный, большое количество меандр и стариц, боковая и донная эрозии прекратились, река просто сохраняет вой уклон).
На повороте реки, на востоке, наблюдается коса, из-за снижения скорости течения реки. Так как река ударяется о берега и снижает скорость, осаждается аллювий. Наблюдаем острую головку косы, сложенную мелким материалом и широкий хвост, сложенный крупным материалом.
На правом берегу реки наблюдаем рукав – будущую старицу. Он одной стороной соединяется с берегом, а другой уже нет. Русло мигрирует на юго-запад, в сторону своей поймы. Это еще раз доказывает то, что боковая эрозия прекратилась.
Находясь на пересечении улиц Кирова и Советской, возле геологического корпуса №1, наблюдаем верхнюю террасу реки Томи. Эта терраса называется Лагерносадская
На углу улиц Московский тракт и Аркадия Иванова, напротив пивзавода находится первая надпойменная терраса реки Томи, которая является водоупором для рыхлых отложений третьей и второй надпойменных террас.
На точке, находящейся на левом берегу реки Томи, вблизи моста наблюдаем срединную косу, образовавшуюся в 100 метрах ниже по течению моста. Головка косы сложена гравийно-галечниковым материалом, а хвост косы - песчано-глинистым материалом.
Между косой и берегом наблюдаем протоку, которая может превратиться в рукав, а затем в старицу.
При прохождении маршрута в районе поселка Степановки мы изучали долину р. Ушайки. Так как р. Ушайка впадает в Томь, то её базис эрозии будет зависеть от уровня р. Томи.
Маршрут проходил по дамбе, выстроенной на пойме для защиты жителей поселка от наводнений. Ранее, во время весеннего разлива р. Ушайки, часть дороги затоплялась.
Пойма реки очень широкая, хорошо разработанная. Река меандрирует по своей пойме. Наблюдаем террасы, рукава и старицы. По правому берегу мы наблюдали три надпойменные террасы, по левому – две.
По берегам вода – «стоячая». т.е. очень медленное течение.
Русло реки – порожистое, быстрые перекаты сменяются плесами, где почти незаметно течение.
Несмотря на то, что идет донная эрозия, река находится на древней стадии развития. Долина реки омолаживается.
Одновременно с эрозией реки при своем движении захватывают продукты разрушения (при выветривании или эрозии) горных пород и переносят их волочением по дну, во взвешенном состоянии, и в растворенном виде. Влекомые по дну и взвешенные частицы принято называть твердым стоком рек.
Одновременно с эрозией и переносом происходит и отложение обломочного материала. Уже на первых стадиях развития реки при явном преобладании процессов эрозии и переноса на отдельных участках частично откладывается обломочный материал. Отложения, накапливающиеся в речных долинах в результате деятельности водного потока, называются аллювиальными отложениями или аллювием
Аллювий реки Ушайки, по сравнению с аллювием реки Томи – плохо окатанный. Так как чем длиннее река, тем больше сносится аллювия, тем больше он окатывается.
Фото 6. Река Ушайка вблизи Хромовского оврага
Фото 7. Река Ушайка на окраине Степановки