Выветривание — совокупность процессов физического и химического разрушения горных пород и слагающих их минералов на месте их залегания: под воздействием колебаний температуры, циклов замерзания и химического воздействия воды, атмосферных газов и организмов.
Выветривание происходит за счёт совокупного воздействия на верхнюю оболочку литосферы агентов (факторов) выветривания из гидросферы, атмосферы и биосферы. В результате образуются кора выветривания и продукты выветривания. Выветривание может проникать на глубину до 500 метров .
«Гора смерти» около парка «Корниш» в Серово в Санкт-Петербурге
Типы выветривания
Различают несколько типов выветривания, которые могут преобладать в разной степени:
Физическое или механическое (трение, лёд, вода и ветер);
Химическое;
Биологическое (органическое);
Радиационное (ионизирующее).
Физическое
Чем больше разница температур в течение суток, тем быстрее происходит процесс выветривания. Следующим шагом в механическом выветривании является попадание в трещины воды, которая при замерзании увеличивается в объёме на 1/10 своего объёма, что способствует ещё большему выветриванию породы.
"Арка" в штате Юта (США), пример механического выветривания
Если глыбы горных пород попадут, например, в реку, то там они медленно стачиваются и измельчаются под воздействием течения. Селевые потоки, ветер, сила тяжести, землетрясения, извержения вулканов также содействуют физическому выветриванию горных пород. Механическое измельчение горных пород приводит к пропусканию и задерживанию породой воды и воздуха, а также значительному увеличению площади поверхности, что создает благоприятные условия для химического выветривания. В результате катаклизмов с поверхности могут осыпаться породы, образуя плутонические породы. Всё давление на них оказывают боковые породы, из-за чего плутонические породы начинают расширяться, что ведёт к рассыпанию верхнего слоя пород.
Химическое
Химическое выветривание — это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и качественное изменение их химического состава с образованием новых минералов и соединений.
Скалы у Колыванского озера, Алтайский край
Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода — энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород — гидролиз, приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решётки на ионы водорода диссооциированных молекул воды.
Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решётки ортоклаза. При наличии углекислого газа KOH переходит в форму карбоната.
Взаимодействие воды с минералами горных пород приводит также и к гидратации — присоединению частиц воды к частицам минералов.
В зоне химического выветривания также широко распространена реакция окисления, которой подвергаются многие минералы, содержащие способные к окислению металлы. Ярким примером окислительных реакций при химическом выветривании является взаимодействие молекулярного кислорода с сульфидами в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окисей железа образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов.
Биологическое
Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения).В процессе своей жизнедеятельности они воздействуют на горные породы механически (разрушение и дробление горных пород растущими корнями растений, при ходьбе, рытье нор животными). Особенно большая роль в биологическом выветривании принадлежит микроорганизмам.
Радиационное
Радиационным выветриванием называется разрушение пород под действием радиационного, или солнечного излучения. Радиационное выветривание оказывает влияние на процессы химического, биологического и физического выветривания. Характерным примером породы, подверженной радиационному выветриванию, может служить реголит на Луне.
Реголи́т (от др.-греч. ῥῆγος - одеяло и др.-греч. λίθος - камень) — остаточный грунт, являющийся продуктом выветривания породы на месте.
В настоящее время этим термином чаще всего называют поверхностный слой сыпучего лунного грунта.
След ботинка Б. Олдрина на реголите (Аполлон-11)
Лунный грунт, доставленный экипажем Аполлона-11 (подарок СССР от США), Музей космонавтики
Термин реголит впервые применил американский геолог Г. П. Мерриль в 1897 году. Он дал ему такое определение:
Реголит — все поверхностные рыхлые образования, представляющие верхние слои земной поверхности: гумусовые почвы, аллювий, продукты выветривания пород, каковы латерит, эоловые отложения, осыпи склонов, ледниковые отложения и т. д.
Современный термин реголит чаще всего применяется по отношению к лунному грунту, как:
Несцементированный продукт дробления и переотложения лунных пород, сплошным чехлом покрывающий поверхность Луны. Реголит состоит из обломков лунных пород и минералов размером от пылевых частиц до нескольких метров в поперечнике, стёкол, литифицированных брекчий, фрагментов метеоритов и т. д.
Термин также применим и к материалам, покрывающим и поверхности других небольших безатмосферных планет и спутников (например Меркурия, Деймоса), а также астероидов. Реголит возникает в результате дробления, перемешивания и спекания лунных пород при падениях метеоритов и микрометеоритов в условиях вакуума и ничем не ослабленного космического излучения.
По радиоизотопам было установлено, что некоторые обломки на поверхности реголита находились на одном и том же месте десятки и сотни миллионов лет.
Состав лунного реголита
Неслоистый, рыхлый, разнозернистый обломочно-пылевой слой, достигающий толщины нескольких десятков метров. Состоит из обломков изверженных пород, минералов, стекла, метеоритов и брекчий ударно-взрывного происхождения, сцементированных стеклом.
По гранулометрическому составу относится к пылеватым пескам (основная масса частиц имеет размер 0,03—1 мм). Цвет темно-серый, до черного с включениями крупных частиц, имеющих зеркальный блеск. Частицы грунта обладают высокой слипаемостью из-за отсутствия окисной пленки на их поверхности и высокой электризации. Кроме того, лунная пыль легко поднимается вверх от ударных воздействий и хорошо прилипает к поверхности твердых тел, что доставляло много неудобств участникам экспедиций «Аполлон». По утверждению Армстронга, Олдрина и профессора В. Ф. Скотта в земной атмосфере реголит имеет характерный запах гари и отстрелянных пистонов.
Александр Павлович Виноградов (9 (21) августа 1895 — 16 ноября 1975) — советский геохимик, организатор и директор Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) АН СССР, основатель и руководитель первой отечественной кафедры геохимии (в МГУ), вице-президент, академик АН СССР. Иностранный член Болгарской АН (1974).
А. П. Виноградов выделяет в реголите два типа частиц: угловатые, похожие на только что раздробленную породу, и преобладающие окатанные частицы со следами оплавления и спекания. Многие из них остеклованы и похожи на стеклянные и металлические капли. По минеральному составу реголита установлено, что лунные моря сложены преимущественно базальтами, а среди пород материков преобладают анортозиты и их разновидности. Для реголита обоих типов характерно присутствие частиц металлического железа.
Образцы лунного реголита (Хабаровский краевой музей имени Н. И. Гродекова)
Доставка реголита с Луны
Первое инструментальное определение плотности и прочности поверхностного слоя реголита было осуществлено советской автоматической станцией «Луна-13» 24-31 декабря 1966 года.
Впервые лунный грунт был доставлен на Землю экипажем космического корабля «Аполлон-11» в июле 1969 года в количестве 21,7 кг. В ходе лунных миссий по программе Аполлон всего на Землю было доставлено 382 кг лунного грунта.
Реголит под колёсами Лунного автомобиля
Автоматическая станция «Луна-16» доставила 101 г. грунта 24 сентября 1970 года (уже после экспедиций Аполлон-11 и Аполлон-12).
«Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24» доставили грунт из трёх районов Луны: Моря Изобилия, материкового района вблизи кратера Амегино и Моря Кризисов в количестве 324 г., и он был передан в ГЕОХИ РАН для исследования и хранения.
Лунная программа Китая планирует доставить до 2 кг реголита космическим аппаратом «Чанъэ-5» в 2017 году.
Продукты выветривания
Продуктом выветривания в ряде областей Земли на дневной поверхности являются курумы. Продуктами выветривания в определенных условиях становятся щебень, дресва, «шиферные» обломки, песчаные и глинистые фракции, включая каолин, лессы, отдельные обломки горных пород различных форм и размеров в зависимости от петрографического состава, времени и условий выветривания.
Курумы
Куру́мы (древне-тюркское gorum — «каменистые россыпи», «нагромождения острых камней», «обломки скал») — термин, которым оперируют физическая география, геология и геоморфология; имеет два значения:
Локальные, ограниченные в трёхмерном пространстве скопления каменных остроугольных глыб, образовавшиеся естественным путем, имеющие вид сомкнутого нерасчлененного покрова на дневной поверхности земли;
Вид земной поверхности сложного строения, — курумлэнд, — представляющий собой сомкнутую группу каменных глыб крупного размера с острыми обломанными краями, расположенную на нерасчленённой подстилающей поверхности различного наклона и имеющую способность перемещаться. Обладает собственным микроклиматом, гидрологией, растительным и животным миром.
Ведущим научным центром изучения курумов в Российской Федерации является Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова.
Витоша (болг. Витоша) — горный массив в Болгарии
Витош
Термин широко распространён во многих областях Азии. Прочно закрепился в мировой географической литературе и картографии в названии горной системы Каракорум или Каракурум, что значит с древнетюркского «чёрный камень, чёрная скала».
K2 (Baltoro Музтаг, Центральный Каракорум, Пакистан)
В научный оборот в русском языке термин курум для обозначения обширных крупнообломочных каменных россыпей ввёл российский геолог Я. А. Макеров в своей монографии «Нагорные террасы Сибири и их происхождение» (1913). Термин прочно утвердился в ряде других языков. Однако в российской научной литературе употребляется большое количество синонимов слова «курум» — «каменистая осыпь», «каменная россыпь», «каменный шлейф», «обломочные накопления», «глыбовая россыпь», «курумовое поле», «каменная река», «каменное море», «каменный глетчер», «движущийся поток щебня», «курумник», «развалы каменных глыб». Российский исследователь А. Ф. Глазовский приводит сведения, что в ряде горных районов Алтая и Саян этот природный феномен называют «уронниками».
Курумник на Урале
Каменная река на Фолклендских островах
Отличительные особенности курума: это обычно крупные глыбы — статистически размеры пока не определены, но обычно от нескольких см в малом поперечнике до 1—2 м, имеющие вид свежеобломанных, но никогда не окатанные, в движении при столкновении друг с другом и трении о подстилающую поверхность могут приобретать очень незначительную окатанность, смыкаются друг с другом, образуя группы в количестве от нескольких глыб до десятков тысяч и более. Курум может занимать площадь от единиц м² в проекции на подстилающую поверхность до колоссальных по размерам «полей» или «каменных морей». В отдельных регионах Земли курумы сплошь покрывают каменным чехлом всю местность, образуя своеобразную, ни на что не похожую так называемую «дневную поверхность».
Курумы надо отличать от щебёночных и дресвяных россыпей, которые сложены мелким обломочным материалом — щебенкой и дресвой.
Курумы образуются там, где на дневную поверхность выходят твёрдые горные породы. Чаще всего это горные районы или плато всех континентов. Курумы обычно образуются при разрушении различных видов известняков, кристаллических сланцев, гранитов, гнейсов, базальтов, долеритов, песчаников, кварцитов, амфиболитов, диабазов, порфиритов, витрокластических туфов.
Одним из первых на генезис или происхождение курумов указал российский военный географ белорусского происхождения Н. М. Пржевальский; он полагал, что курумы образуются вследствие разрушения скальных горных пород в силу неравномерного нагрева и охлаждения там, где велика амплитуда дневных и ночных температур. Очевидно также, что курумообразование интенсивнее проходит весною и осенью в силу тех же причин. Возможно, растрескивание горных пород может происходить, когда на нагретую поверхность скал изливается холодный дождь.
Существует несколько природных зон образования курумов, все из которых имеют суровый нивальный климат: Арктика, Антарктика и прилегающие к ним полярные и субполярные области, субнивальный и нивальный или «холодный» пояс гор, зоны зимних антициклонов. Так, в зоне зимнего Сибирского антициклона обычно от середины осени всю зиму и часть весны стоит ясная солнечная погода с самыми низкими в Северном полушарии Земли температурами приземного воздуха. Это область широкого распространения курумов, что свидетельствует о морозном выветривании горных пород, выступающих на дневную поверхность.
Распространение курумов по поверхности Земли крайне неравномерно. Есть области, где курумы являются преобладающим типом земной поверхности, в иных местах это лишь «пятна» в рельефе, где-то курумы не встречаются вообще, и это составляет загадку современной геоморфологии. Происхождение или генезис курумов, а значит и география их распространения очевидно является следствием большого числа различных факторов: литологии, климата, экспозиции склонов, абсолютной высоты местности и других. Так на Тянь-Шане и Гиссаро-Алае курумы не являются преобладающим типом поверхности; в бассейне реки Витима курумы занимают чрезвычайно обширные площади.
Свентокшиские горы, Польша
Мальорка
Вопрос происхождения или генезиса курумов является предметом научных дискуссий, и мнения исследователей расходятся. По существующим данным курумы в целом могут быть отнесены к трём группам:
Реликтовые курумы, оставшиеся в рельефе с прошлых эпох;
- «молодые» курумы, образовавшиеся в эпоху последних континентальных оледенений;
Курумы, образующиеся в настоящее время.
Исходным материалом для образования каменных отдельностей или глыб служат первоначально нерасчлёненные «материнские» горные породы. Место, где курумы образуются, иногда называют «областью питания» курума. Со временем курум может разрастаться, увеличиваясь в размерах, двигаться по подстилающей его поверхности и занимать всё большую и большую площадь. Наступающая передняя кромка подвижной массы сомкнутых крупнообломочных глыб носит название «фронт курума», боковые его окраины — «флангами», а область, где курум зарождается и откуда он начал своё движение — «тылом курума». На плоских вершинах гор курумов обычно нет, но склоны их часто бывают обильно покрыты сплошным слоем крупных каменных обломков.
Ряд наблюдений показывает, что курумы, погребённые ранее в толще рыхлых отложений, могут вновь появиться на дневной поверхности в силу различных причин.
Курумы могут поставлять обломочный каменный материал для морен различного генезиса, селей, склоновых осыпей, образовывать пороги в реках и ручьях или вообще загромождать их русла. Наличие курумов, их способность двигаться необходимо учитывать при строительстве различных сооружений. Поэтому курумы и их свойства изучают инженерные геология и геоморфология.
В общем виде процесс курумообразования и движения каменных масс курумов вниз по склону приводит к нивелированию рельефа и снижению его абсолютной высоты. Курумы — продукт разрушения «материнских» горных пород, что является процессом деструкции горных масс и ведёт к денудации рельефа.
Невнимательные исследователи иногда путают курумы с моренами различного происхождения, осовами, остановившимися селями, осыпями и другими формами обломочных и иных покровов, сложенных каменными отдельностями. Иногда курумы образуют протяжённые ленты на склонах гор, когда ширина такого «потока» меньше его длины и тогда такие образования называют «каменными реками». Глубина или толщина покрова, состоящего из глыб различна, но не слишком велика. Щебень, дресва и иные мелкие обломки обычно разрушаются, смываются водой вниз по склону, обнажая пустоты между глыбами. Для небольших животных курумы предоставляют убежища от более крупных хищников. Крупным животным, лошади и человеку передвигаться по поверхности курума чрезвычайно затруднительно, а иногда и просто невозможно.
Наблюдения и опыты показывают, что многие курумы двигаются, обычно вниз по склонам гор. Иногда это медленное движение, иногда — катастрофически быстрое как, например, во время землетрясения. Описаны случаи подвижки курумов со страшным грохотом зимою в горах севера Восточной Сибири. В своём движении курумы могут срезать почвенный покров, уничтожать растительность, изменять условия обитания животных, гидрологический режим и атмосферные процессы в приземном слое.
Неподвижный курум называют «мёртвым» или «спящим». Неподвижные курум имеет свойство покрываться различными видами растительности и заселяется определёнными видами животных, которым курум предоставляет возможность устраивать норы и убежища, а также естественно защищённые ходы сообщения.
Курум обладает собственным микроклиматом, который определяется его морфометрией, местоположением и заселяющей его растительностью и животным миром. По данным российского геоморфолога Ю. Г. Симонова в Восточной Сибири глубина проникновения суточных температур в «тело» курума в среднем составляет 0,4 м.
Иногда курумы сплошь покрыты мхами и другой растительностью, которая их совершенно маскирует. В силу своей архитектоники курумы обладают собственными весьма специфичными свойствами: так в «теле» курума может круглогодично сохраняться лёд и фирн; очевидно, что внутрь «толстого» курума не проникают солнечные лучи, он не обдуваются внутри тёплыми ветрами и является аккумулятором холода. Иногда курумы «бронируют» подстилающие горные породы и под курумами в нивальном климате образуются «пятна» многолетней мерзлоты. От таяния снега и фирна в «теле» курума образуются временные, а иногда и постоянные, меняющие лишь объём стока в зависимости от времени суток и года, водные потоки, невидимые с поверхности, но ясно слышимые. Сливаясь, такие потоки ниже по склонам гор выходят на дневную поверхность и образуют уже настоящие ручьи и даже реки, формирующие собственные русла. Курумы также в отдельных регионах обладают свойством аккумулировать в своём «теле» атмосферную влагу и, к удивлению путешественников, можно обнаружить лужицы воды и ручейки даже вблизи вершин гор. Гидрогеологи до настоящего времени не удаётся достоверно учесть водный баланс с учётом «курумовых» вод. В Бурятии и Читинской области по данным российского гидрогеолога Н. А. Вельминой до 20% подземных вод образуется за счёт конденсации атмосферной влаги в курумах. Эту особенность покровов, сложенных обломочными породами с глубокой древности использовали цивилизации Азии. Так, в отдельных местностях, создавая искусственный покров из обломков горных пород вокруг деревьев, человек полностью удовлетворял растение необходимой влагой и полив не требовался! Этот агротехнический приём широко применялся обитателями Крыма. Также существует изумительный способ «создания» искусственных ручьёв в пустынных областях, а именно: на наклонной каменистой или глинистой поверхности делается протяжённый желоб и, затем, на всем его протяжении складывают пирамиды камней; атмосферная влага переходит из газообразного в жидкое состояние на поверхности камня, стекает вниз и образует настоящий ручей пресной воды.
Курумы, не используя настоящий термин, описывали многие географы и путешественники всех времён и народов. Одним из первых курумы на склоне горного массива Мунку-Сардык в горах Восточного Саяна специальным знаком обозначил на своей карте российский геолог и географ С. П. Перетолчин в монографии «Ледники хребта Мунку-Сардык». Начиная с XX века на российских топографических картах и другой инженерно-геологической документации курумы обозначаются специальным условным знаком .
Регионы широкого распространения
Бырранга
Примерное расположение гор Бырранга на полуострове Таймыр
Саяны
Западный Саян, хребет Ергаки. Висячий камень в западной части Ергак
Урал
Каменные реки Урала
Остров Врангеля
Остров Врангеля - Карта расположения
Цветная фотография острова Врангеля, сделанная из космоса в 2001 году
Остров Врангеля — снимок из космоса
Горы на острове Врангеля
В горах на острове Врангеля
Становое нагорье
Фолклендские острова
Спутниковый снимок архипелага
Эрозия
Эро́зия (от лат. erosio — разъедание) — разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением.
Часто, особенно в зарубежной литературе, под эрозией понимают любую разрушительную деятельность геологических сил, таких, как морской прибой, ледники, гравитация; в таком случае эрозия выступает синонимом денудации. Для них, однако, существуют и специальные термины: абразия (волновая эрозия ), экзарация (ледниковая эрозия ), гравитационные процессы, солифлюкция и т. д. Такой же термин (дефляция) используется параллельно с понятием ветровая эрозия , но последнее гораздо более распространено.
По скорости развития эрозию делят на нормальную и ускоренную . Нормальная имеет место всегда при наличии сколько-либо выраженного стока, протекает медленнее почвообразования и не приводит к заметным изменением уровня и формы земной поверхности. Ускоренная идет быстрее почвообразования, приводит к деградации почв и сопровождается заметным изменением рельефа.
По причинам выделяют естественную и антропогенную эрозию. Следует отметить, что антропогенная эрозия не всегда является ускоренной, и наоборот.
Эрозия в каньоне Антилоп, юго-запад США
Ветровая эрозия почв, о. Гавайи
Ветровая эрозия
Это разрушающее действие ветра: развевание песков, лесов, вспаханных почв; возникновение пыльных бурь; шлифовка скал, камней, строений и механизмов твердыми частицами, переносимыми силой ветра. Ветровая эрозия подразделяется на два типа:
Повседневная
Пыльные бури
Начало пыльной бури связано с определенными скоростями ветра, однако из-за того, что летящие частицы вызывают цепную реакцию отрыва новых частиц, окончание её происходит при скоростях существенно меньших.
Валун из гнейса, подверженный ветровой эрозии (горы Наньшань, Китай)
Наиболее сильные бури имели место в США в 1930-е годы («Пыльный котёл») и в СССР в 1960-е годы, после освоения целины. Чаще всего пыльные бури связаны с нерациональной хозяйственной деятельностью человека, а именно — массированной распашкой земель без проведения почвозащитных мероприятий.
Выделяют и специфические дефляционные формы рельефа, так называемые «котловины выдувания »: отрицательные формы, вытянутые по направлению господствующих ветров.
Водная эрозия
Промоины на пшеничном поле, США
Водная эрозия происходит под воздействием временных потоков атмосферных вод (ливневые дожди, талые воды и т. д.).
Капельная эрозия
Разрушение почвы ударами капель дождя. Структурные элементы (комочки) почвы разрушаются под действием кинетической энергии капель дождя и разбрасываются в стороны. На склонах перемещение вниз происходит на большее расстояние. Падая, частички почвы попадают на плёнку воды, что способствует их дальнейшему перемещению. Этот вид водной эрозии приобретает особое значение во влажных тропиках и субтропиках .
Плоскостная эрозия
Под плоскостной (поверхностной) эрозией понимают равномерный смыв материала со склонов, приводящий к их выполаживанию. С некоторой долей абстракции представляют, что этот процесс осуществляется сплошным движущимся слоем воды, однако в действительности его производит сеть мелких временных водных потоков.
Поверхностная эрозия приводит к образованию смытых и намытых почв, а в более крупных масштабах —делювиальных отложений.
Линейная эрозия
В отличие от поверхностной, линейная эрозия происходит на небольших участках поверхности и приводит к расчленению земной поверхности и образованию различных эрозионных форм (промоин, оврагов, балок, долин). Сюда же относят и речную эрозию, производимую постоянными потоками воды.
Смытый материал отлагается обычно в виде конусов выноса и формирует пролювиальные отложения.
Линейная эрозия бывает двух видов:
Глубинная (донная) — разрушение дна русла водотока. Донная эрозия направлена от устья вверх по течению и происходит до достижения дном уровня базиса эрозии;
Боковая — разрушение берегов.
В каждом постоянном и временном водотоке (реке, овраге) всегда можно обнаружить обе формы эрозии, но на первых этапах развития преобладает глубинная, а в последующие этапы — боковая.
Пример совмещённых боковой и глубинной эрозий. Берег Сухоны
Распространение эрозии
Процессы эрозии распространены на Земле повсеместно. Ветровая эрозия преобладает в условиях аридного климата, водная эрозия — в условиях гумидного климата.
Корра́зия (лат. corrado — скоблить, скрести) — процесс механической эрозии, обтачивания, истирания, шлифования и высверливания массивов горных пород движущимися массами обломочного абразивного материала, перемещаемого водой, ветром, льдом или смещающегося под действием силы гравитации по склонам. Так, в пустынях корразия происходит под действием песка, в ложе ледника — валунами, в русле реки — влекомыми водой обломками. В результате на поверхности пород образуются ячеистая структура, борозды, ложбины и другие углубления.
Суффозия (от лат. suffosio — подкапывание) — вынос мелких минеральных частиц породы фильтрующейся через неё водой. Процесс близок к карсту, но отличается от него тем, что суффозия является преимущественно физическим процессом и частицы породы не претерпевают дальнейшего разрушения. Одна из характеристик азмываемости грунтов.
Суффозия приводит к проседанию вышележащей толщи и образованию западин (суффозионных воронок, блюдец, впадин) диаметром до 10 и даже 100 метров, а также пещер. Другим следствием может быть изменение гранулометрического состава пород как подверженных суффозии, так и являющихся фильтром для вынесенного материала.
Одна из диковинных форм рельефа, осложняющая Улуру. Здесь существует множество пещер, генезис которых пока не ясен. Возможно, их формирование связано с суффозией или карстом. По-видимому, эти процессы имели здесь место на протяжении миллионов (или десятков миллионов лет), что и привело к образованию форм рельефа, которые, скорее, можно ожидать на известняковом плато...
Наиболее широкое развитие суффозия получает в области распространения лёссов и лёссовидных суглинков, под склонами долин рек, часто по ходам роющих животных. Одним из необходимых условий суффозии является наличие в породе как крупных частиц, образующих неподвижный каркас, так и вымывающихся мелких. Вынос начинается лишь с определенных значений напора воды, ниже которых происходит только фильтрация.
В карбонатных и гипсоносных песчано-глинистых отложениях и мергелях карст и суффозия могут проявляться одновременно. Это явление носит название глинистый карст или глинистый псевдокарст .
Кигиляхи (якут. кисиляхи, киси — человек) — высокие скальные столбы причудливой формы, образованные в результате криогенного выветривания. Камни, торчащие на поверхности плоских гор или из-подо льда со снегом, похожи на человека, откуда и происходит название.
Кигиляхи. Каменные великаны и их секреты
Фото: meic/ykt.ru
На нашей планете множество мест, происхождение которых не способен в полной мере объяснить человек. Вокруг таких объектов рождается множество легенд и сказаний, объясняющих то, что с трудом поддается рациональному объяснению. Кигиляхи, или кисиляхи, — одни из таких объектов. Они представляют собой высокие столбы, образованные из горных пород, которые обычно располагаются на вершинах скал в ходе выветривания. Неудивительно, что высокие столбы, напоминающие собой застывшие фигуры великанов, стали героями многих легенд Якутии, где они и располагаются.
ИСТОРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ КИГИЛЯХОВ
Самое большое количество столбов-кигиляхов находится в северной Якутии, самые впечатляющие каменные фигуры расположены на Новосибирских островах, именно сюда приезжает большинство туристов. Интересно, что с якутского «кисилях» дословно переводится как «место, где есть люди», так как само слово «кис» — «человек». Известно, что якутские кисиляхи возникли около 120 млн. лет назад. Примерно в это время образовались Верхоянский и Черский хребты в результате наезда Северо-Американской континентальной плиты на Евразийскую. Именно после образования складок на этих хребтах начали формироваться и кигиляхи. Правда, своим происхождением они обязаны выветриванию, которое в условиях морозной погоды и местонахождения (вершины скал) и образует каменные столбы. Материал, из которого состоят кигиляхи, — это твердые горные породы, в основном гранит.
Есть другая версия происхождения этих скал, она, как водится, связана с потусторонними силами. Легенда гласит, что когда-то землю еще не покрывали снега и вечная мерзлота, люди тогда обитали в основном именно в горных местностях. Но с течение времени менялся и климат, жилище в скалах стало непригодным, так как началось сильное похолодание. В момент, когда жизнь стала совсем невозможной, люди решили переселиться на юг, спуститься с гор. Но во время перехода Кисиляхского хребта многие из них, не выдержав холода, замерзли. Со временем они превратились в каменные столбы, которые, покрываясь все новыми и новыми слоями камня, достигли своих настоящих размеров.
Фото: meic/ykt.ru
РАСПОЛОЖЕНИЕ
Кигиляхи достаточно распространены по всему миру, они есть в Казахстане — известен массив Койтас, есть горные ряды в Забайкалье. В разных странах каменные столбы называют по-разному, где-то — «каменными монахами», из-за того что они напоминают застывших молящихся священнослужителей. В России же самые известные кигиляхи находятся в Якутии, куда ежегодно съезжаются заинтересованные магическими камнями туристы. Наиболее известные места нахождения камней — Кисиляхский хребет, Медвежьи и Ляховские острова. Вообще само слово «кигилях» стало употребляться геологами всего мира сравнительно недавно, это произошло после открытия Ляховских островов, когда были обнаружены и названы мыс Кигилях и одноименный полуостров. Два острова, входящих в группу Ляховских, — Четырехстолбовой и Столбовой — находятся преимущественно в море Лаптевых. Еще одно известное место «обитания» кигиляхов — гора Кисилях-Тас, она расположена в 100 километрах от берега Восточно-Сибирского моря, на берегу протекающей по тундре реки Алазея. Именно на этой горе кигиляхи образуют так называемый хребет, так как гряда столбов тянется по всей вершине горы. Важно также уметь отличить кигиляхи от нунатаков (от эскимосского «нуна» и «так», что дословно означает «одинокая вершина»). Эти различные каменные столбы очень похожи, нунатаки — скалы, которые стоят поодиночке, или скалистые вершины, которые образуются на поверхности ледника. Именно в этом основное их отличие от кигиляхов — нунатаки образуются не только в результате выветривания, на их появление влияют также разрушающиеся ледником горные породы. Но если лед вокруг исчезает и нунатак остается стоять на голой скалистой поверхности, вы вряд ли сможете отличить этот каменный столб от кигиляха. Пожалуй, только ученые-геологи могут точно определять причину образования каменных столбов.
Фото: meic/ykt.ru
КИСИЛЯХСКИЙ ХРЕБЕТ
Кисиляхский хребет — одно из наиболее живописных мест обитания кигиляхов, он располагается на водоразделе рек Адычи и Яны. Кроме того, в горной системе Черского этот хребет один из самых малых. Его протяженность около 80 метров, а самая высокая вершина достигает отметки в 1548 метров. Хребет состоит из множества различных горных пород, что позволяет считать его сложнообразованным, в его состав входят: глинистые сланцы, песчаники юры, аргиллиты и другие минералы, ученые считают, что все эти гранитоиды по возрасту относятся к меловому периоду. Именно эти осадочные породы и образуют кигиляхи, некоторые из которых в высоту могут достигать 30 метров. Они расположены на главном гребне хребта и, кроме того, тянутся по всему водоразделу. Интересно, что именно на Кисиляхском хребте кигиляхи образуют иногда непроходимые стены или лабиринты с небольшими ходами между столбов. Чем ниже находится кигилях, тем он ниже, но при этом на вершине располагаются идеально ровные столбы, а ниже они приобретают интересные и причудливые формы. Кигиляхам присваиваются такие же странные названия, которые говорят о том, на что похож столб. Вообще многие туристы считают своим долгом как-нибудь необычно назвать полюбившийся им кигилях. Поэтому, если вы будете читать путевые заметки разных путешественников, которые побывали в одном месте, не найдете одинаковых названий каменных столбов. Каждый даст им названия на свое усмотрение, ориентируясь на то, что напомнил ему камень. Кисиляхский хребет покрыт множеством трещин и расщелин, а северная его сторона сплошь покрыта лишайниками и мхами. Многие исследователи отмечают еще одну особенность кигиляхов — наличие ножки. Известный геолог Г. Майдель в своих исследованиях писал, что ножка у каменных столбов — это основание высотой в рост человека, при этом оно немного тоньше, чем сам кигилях. При этом точный возраст камней остается неизвестным: сколько ученых, столько и догадок.
Фото: Айар Варламов/yakutiaphoto.com
ЭКСПЕДИЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ КИСИЛЯХОВ
Многие ученые в разное время совершали экспедиции на острова Якутии, для того чтобы выяснить истинное происхождение кигиляхов. Так, в 1921-1923 годах Ф. П. Врангель проводил экспедицию, в ходе которой его группой были исследованы Медвежьи острова, которые располагаются в Восточно-Сибирском море. В группу этих островов входил остров Четырехстолбовой, именно на нем-то Врангель и обнаружил впервые кигиляхи, в своих заметках о походе он стремился выяснить их причины образования. «Можно заключить, что три ныне разделенных камня составляли некогда один большой утес: постепенно расщеливаясь и разрушаясь от силы мороза или других физических проблем, он утратил свой первобытный вид», — писал он, первым отметив выветривание как главный фактор образования новых кигиляхов.
А в 1935 году на этот же остров с новой экспедицией прибыл геолог С. Обручев, который также исследовал кигиляхи. В своих мемуарах он описал не только теорию об образовании камней, но и рассказал историю их открытия. По его словам, Медвежьи острова были открыты еще в 1702 году и впервые посещены в 1720 году. Интересен другой отмеченный им факт: столбы очень быстро разрушались. Обручев писал, что если в 1720 году было четыре столба, то уже в 1935 году обнаружилось только три, а четвертый превратился в каменную россыпь и лежал у подножия остальных. При этом геолог отмечает, что достаточно лишь 200 лет, для того чтобы все кигиляхи на Четырехстолбовом были разрушены. Но исследование Обручева не было воспринято всерьез, так как в своих записях он допустил слишком много неточностей. Так, в этом же 1935 году на острове побывала другая экспедиция — исследователя Воробьева, которая обнаружила и описала все четыре кигиляха. Однако на данный момент известно, что столбы, находящиеся на Кисиляхском хребте, покрыты вертикальными трещинами и потому достаточно неустойчивы. Но, несмотря на существующую опасность обрушения, местные жители с древних времен считают кигиляхи лучшим местом отдыха. Сидя у них, по поверьям, можно набраться душевных сил и спокойствия. А в 1986 году у подножия Кисиляхского хребта археологами было обнаружено более 68 стоянок древних людей и захоронение. Эти находки говорят о том, что горная местность Якутии в древние времена была достаточно плотно заселена. И возможно, местные жители правы, веря в то, что кигиляхи несут в себе силы древних предков.
Фото: Айар Варламов/Yakutia
Выветривание (синоним - гипергенез) - это совокупность абиотических и биологических процессов разрушения и образования горных пород и слагающих их минералов под воздействием агентов атмосферы, биосферы, гидросферы в верхних слоях земной коры. Неотъемлемой частью процессов выветривания являются процессы денудации - переноса продуктов разрушения горных пород в пониженные участки под действием внешних сил (вода, тепло, ветер и др.). В результате этих процессов образуется кора выветривания – вещественная часть литогенной основы. Мощность современной коры выветривания составляет от нескольких метров до десятков метров.
Выделяют три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое.
Физическое выветривание - это процесс разрушения (растрескивания, дробления) минералов под воздействием давления, возникающего за счет суточных и сезонных колебаний температуры (тепловое расширение и сжатие минералов, замерзание и оттаивание воды), механической деятельности ветра, потоков воды, корней растений. В результате увеличивается дисперсность и удельная поверхность пород, снижается их плотность.
Химическое выветривание - процесс химического изменения и разрушения горных пород и минералов с образованием новых минералов и, в конечном итоге, новых пород.
Химические реакции происходят при участии воды, углекислого газа, кислорода и других веществ.
Вода растворяет вещества, содержащиеся в горных породах и минералах, при этом в раствор поступают катионы и анионы, изменяющие кислотно-щелочные условия. Это увеличивает растворяющую способность воды. Разложение минералов водой усиливается с повышением температуры и насыщением ее углекислым газом, который подкисляет реакцию среды. Гидролиз минералов, реагирующих с водой, приводит к образованию новых минералов. В преобразовании минералов в присутствии угольной кислоты большую роль играют реакции карбонатизации (образования карбонатов) и декарбонатизации (разрушение карбонатов).
Реакции окисления-восстановления принимают активное участие в процессах гипергенеза. Красные, красно-бурые, желтые окраски кор выветривания обусловлены окисленными формами железа, марганца и других элементов. В восстановительных условиях преобладают сизые и серые тона. В ходе химического выветривания развивается элювиальный процесс - вынос с растворами ряда элементов за пределы коры выветривания. В первую очередь вымываются наиболее растворимые соединения, что обусловливает стадийность процесса выветривания. В соответствии со стадийностью и химическим составом существует большое разнообразие кор выветривания. Они подразделяются по возрасту: современные, древние, ископаемые; по геохимическому типу: элювиальные, транзитные, аккумулятивные; по вещественному составу и стадиям выветривания: обломочные (состоят из обломков пород), засоленные (содержат водорастворимые соли), сиаллитные (отношение SiO 2:Al 2 O 3 >2), аллитные (SiO 2:Al 2 O 3 <2). Обломочные, сиаллитные коры выветривания формируются и сохраняются в условиях умеренного климата и характеризуются начальными стадиями выветривания; аллитные, более зрелые, - формируются в условиях влажного тропического климата.
В процессе выветривания преобладает разрушение первичных минералов, которые образовались в глубоких слоях земной коры при высоких температурах и давлении. Попадая на поверхность земной коры, в иные термодинамические условия, они теряют устойчивость.
Первичные минералы различаются по устойчивости к выветриванию в соответствии со строением и составом. Наиболее устойчивым из широко распространенных минералов является кварц, к мало устойчивым относятся полевые шпаты. Образующиеся в процессе гипергенеза вторичные глинистые минералы играют большую роль в процессах почвообразования и являются более устойчивыми к выветриванию в условиях земной поверхности.
Биологическое выветривание - процесс разрушения и изменения горных пород и минералов под действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. При биологическом выветривании механизмы процессов разрушения, изменения минералов и пород те же, что и при физическом и химическом выветривании. Однако интенсивность процессов существенно увеличивается, поскольку увеличивается агрессивность среды. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты (щавелевую, янтарную, яблочную и др.). Нитрофикаторы образуют азотную кислоту, серобактерии - серную. В процессе разложения мертвых остатков растений и животных образуются агрессивные гумусовые кислоты - фульвокислоты, способные разрушать минералы. Многие виды бактерий, грибов, водоросли, лишайники могут усваивать элементы питания непосредственно из первичных минералов, разрушая их при этом. Именно таким является механизм первичного почвообразования.
В верхней части коры выветривания процесс выветривания протекает совместно с процессом почвообразования и является неотъемлемой составной частью почвообразования, так же как почвообразование является неотъемлемой частью выветривания. Однако в более глубоких слоях за пределами почвенного профиля, а также в подводных ландшафтах выветривание выделяется как самостоятельный процесс. В этих слоях в процессах выветривания так же принимают участие микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности.
Процессы выветривания являются начальным этапом большого геологического круговорота веществ. Геологические процессы разделяются на две большие группы: эндогенные (внутренние), которые зарождаются в глубинных оболочках Земли за счет энергии радиоактивного распада, и экзогенные (поверхностные), обусловленные внешней энергией.
К эндогенным (внутренним) процессам относятся: магнетизм, метаморфизм, вулканизм, движения земной коры (землетрясения и горообразование).
К экзогенным - выветривание, деятельность атмосферных и поверхностных вод, ледников, подземных вод, морей и океанов, животных и растительных организмов. Особо следует выделить геологическую деятельность человека - техногенез. Взаимодействие внутренних и внешних геологических процессов объединяет большой геологический круговорот веществ.
В результате действия эндогенных процессов образуются крупные формы рельефа земной поверхности: горные системы, возвышенности, низменности, океанические впадины. Под действием экзогенных процессов происходит разрушение магматических горных пород, перемещение продуктов разрушения в реки, моря и океаны, и формирование осадочных пород. В результате движений земной коры осадочные породы погружаются в глубокие слои, подвергаются процессам метаморфизма (действию высоких температур и давления), и образуются метаморфические породы. Последние при погружении в более глубокие слои могут переходить в расплавленное состояние (магматизация), а затем в результате вулканической деятельности поступать в верхние слои литосферы или на ее поверхность в виде магматических пород. Таким образом, происходит образование основных групп почвообразующих пород и различных форм рельефа.
2.3.2. Систематика осадочных пород.
По происхождению они подразделяются на морские и континентальные. По возрасту осадочные породы подразделяются на древние и четвертичные. Четвертичные отложения образовались в последние 1,5-2 млн лет и продолжают формироваться в настоящее время. Четвертичные осадочные породы характеризуются рыхлым сложением, невысокой плотностью, сложены частицами разного размера и разной степени окатанности: валуны, галечники, пески, суглинки и др.
Древние осадочные породы так же состоят из обломков и мелких частиц разного размера, но в отличие от четвертичных имеют плотное сложение, более высокую плотность, как правило, сцементированы соединениями кремнезема, железа, извести и др. В земной коре преобладают древние осадочные породы, которые накапливались во все геологические эпохи, но в качестве почвообразующих преобладают четвертичные отложения, перекрывающие сравнительно тонким слоем (от нескольких сантиметров до нескольких метров, иногда десятков метров) другие виды горных пород, получивших название коренные.
По составу осадочные породы подразделяются на обломочные, хемогенные и биогенные.
Обломочные отложения различаются по величине обломков и частиц: валуны, камни, гравий, щебень, пески, суглинки и глины. К ним относятся также древние сцементированные аналоги: брекчии, конгломераты, песчаники, глинистые сланцы.
Хемогенные отложения образовались в результате выпадения солей из водных растворов в морских заливах, озерах, в условиях сухого жаркого климата или в результате химических реакций. К ним относятся галоиды (каменная и калийная соль), сульфаты (гипс, ангидрид), карбонаты (известняковый туф, известняк, доломит, мергель), силикаты (кремневый туф, или гейзерит) и фосфаты (фосфорит). Многие из перечисленных пород - гипс, ангидрид, калийная соль, фосфориты, известняковые туфы, известняки, доломит, мергель - являются ценными агрономическими рудами и используются как химические мелиоранты, минеральные удобрения и как сырье для производства цемента и химической промышленности.
Почвы, образующиеся на чистых химических осадках солей, как правило, характеризуются крайне низким плодородием; на известняках и меловых отложениях, особенно в условиях влажного климата, формируются плодородные почвы с высоким содержанием гумуса и благоприятными физическими свойствами.
Биогенные отложения образовались из скоплений остатков растений и животных. По составу они подразделяются на карбонатные, кремнистые и углеродистые.
К карбонатным породам относятся биогенные известняки и мел. Примером кремнистых пород является доломит, состоящий из остатков диатомовых водорослей. Углеродистые породы имеют высокое содержание органических веществ и обладают горючестью. К ним относятся ископаемые угли, торф, сапропель, а также нефть и газы. Известно их большое практическое значение.
Сапропель формируется на дне пресноводных озер и представляет собой ил, обогащенный органическим веществом и элементами питания для растений. Используется он как органическое удобрение и мелиорант. Некоторые бурые угли и лигниты так же используются как органо-минеральные удобрения и мелиоранты.
2.3.3. Главные генетические типы четвертичных осадочных пород
Элювиальные отложения (элювий) - продукты выветривания массивно-кристаллических пород, оставшиеся на месте их образования. Элювий характеризуется разным составом и мощностью, в зависимости от состава исходных пород (элювий гранитов, базальтов и др.), длительности процесса выветривания, климатических условий, в которых происходило выветривание. Для него характерен постепенный переход от землистого материала верхних слоев, через крупнообломочный к исходной коренной породе. Расположен элювий на вершинах водоразделов, где смыв выражен слабо или отсутствует. Свойства почв, сформировавшихся на элювии, также очень разнообразны (от кислых до щелочных, от малоплодородных до высокоплодородных) и зависят от состава и свойств элювиальных отложений и условий формирования.
Делювиальные отложения (делювий) - продукты эрозии, отложенные временными водотоками дождевых и талых вод в нижней части склонов, примыкающих к горам, водоразделам, к понижениям и западинам на водоразделах. Они имеют хорошо выраженную дифференциацию вдоль склона. У подножья крутых склонов откладываются более крупные грубообломочные наносы, ниже - более отсортированные и тонкозернистые отложения.
Состав делювия определяется составом пород, которыми сложены горы и водоразделы. Он может включать обломки массивно-кристаллических пород, пески и состоять из суглинистого и глинистого материала, например, переотложенного лесса, моренных суглинков. Как правило, делювиальные отложения имеют небольшую мощность до 2-5 м и залегают в виде пологих шлейфов.
Пролювиальные отложения (пролювий) образовались в результате переноса и отложения продуктов выветривания временными горными реками и обладающими большой силой потоками у подножий склонов. Характеризуются плохой отсортированностью, включают обломки разного размера и разной степени окатанности. У подножий гор они образуют конусы выноса и часто сочетаются с делювиальными отложениями, образуя делювиально-пролювиальные отложения.
Аллювиальные отложения (аллювий) образовались в результате переноса и отложения продуктов выветривания речными водами. Реками переносятся вещества, поступающие в них с поверхностным стоком. Кроме того вода в реках совершает большую эрозионную работу. Размыв и масса транспортируемого материала резко возрастает с увеличением скорости течения, которая зависит от уклона местности. При снижении скорости движения воды в период паводков в пойме, в дельтах рек, в старицах происходит отложение и накопление транспортируемого материала - аккумуляция. Различают русловый аллювий, содержащий более крупные гравелистые и песчаные материалы; отложения стариц представлены супесями, суглинками, илами с примесью органических веществ. Пойменные отложения прирусловой части, где скорость воды наиболее высокая, имеют более крупнозернистый состав (песчаный и супесчаный) с хорошо выраженной слоистостью, связанной с изменением скорости движения воды в разные годы и в разные периоды паводков. Центральная пойма сложена более тонким суглинистым материалом, поскольку скорость воды здесь не высокая.
Различают древнеаллювиальные отложения (ими сложены речные террасы) и современные - в поймах рек. Последние продолжают формироваться в настоящее время. Аллювий, как правило, обогащен элементами питания для растений, поэтому почвы на аллювиальных отложениях обладают повышенным плодородием.
Озерные отложения представляют собой донные отложения озер. Они сложены наиболее тонкими частицами мелкозема - глинами и илами с хорошо выраженной слоистостью (ленточные глины), отражающей сезонные и многолетние процессы их формирования. Илы с высоким содержанием органических веществ (15-20%) называются сапропелем, который используется как ценное органическое удобрение, обогащенное элементами питания для растений. По мере обмеления и зарастания озер образуются болота, которые постепенно превращаются в мощные торфяники. Озерные болотные отложения часто имеют повышенное содержание извести и железа, а в сухих и жарких областях обогащены водорастворимыми солями, гипсом, карбонатами кальция. Большое распространение озерные отложения имеют в северо-западных областях европейской части России, в Прикаспийской низменности, в Западной Сибири.
Морские отложения - это донные отложения морей. При отступлении морей (трансгрессии) они остаются в качестве почвообразующих пород. Значительное распространение имеют в Прикаспийской низменности, в Приазовье, на побережьях северных морей. Морские отложения часто содержат водорастворимые соли, биогенные известняки, ракушечники, мел. На таких породах, особенно в южных областях, часто формируются засоленные почвы. Они так же обусловливают повышенную степень минерализации грунтовых вод.
Ледниковые (гляциальные), или моренные отложения - продукты выветривания различных пород, перемещенные и отложенные ледником. Ледником называют естественное скопление кристаллического льда, имеющего значительные размеры. Обладая пластическими свойствами, ледник движется под действием силы тяжести. Движение его возможно при толщине льда 15-20 м, когда масса превышает силу трения. Скорость движения горных ледников составляет 1-7 м в сутки, а материковых - до 20 и более метров.
Обширная территория России в ледниковую эпоху подвергалась материковому оледенению в связи с похолоданиями климата. Ледниковые эпохи неоднократно сменялись межледниковыми, которые характеризовались отступлением ледников, а талые воды вызывали морские регрессии. В эпоху максимального оледенения европейский ледниковый щит достигал более двух километров толщины, покрывал площадь 5,5 млн. км 2 , продвигаясь с севера на юг. Граница оледенения опускалась южнее Брянска, Киева.
Моренные отложения представляют собой несортированный грубообломочный материал, состоящий из глины, суглинков, супесей, песков красно-бурого или серого цвета с включениями гальки, камней разного размера, валунов. Они характеризуются отсутствием слоистости. Моренные отложения широко распространены в качестве почвообразующих в таежно-лесной зоне и на севере лесостепной в европейской части России. По химическому составу ледниковые отложения разделяются на алюмосиликатные моренные и карбонатные моренные суглинки. На алюмосиликатной морене формируются подзолистые и дерново-подзолистые почвы с низким естественным плодородием, с кислой реакцией среды, с большим количеством камней и валунов в верхних слоях и на поверхности. На карбонатной морене, в связи с наличием оснований кальция и магния, формируются более плодородные почвы с менее кислой и нейтральной реакцией среды. На таких почвах более интенсивно протекает биологический круговорот веществ Воды формирующиеся на карбонатных породах обогащены основаниями.
Флювиогляциальные (водноледниковые) отложения временных водотоков и замкнутых водоемов, образовавшихся при таянии ледника, соответственно происхождению и положению по отношению к леднику, подразделяются на две группы.
1. Приледниковые , залегающие позади конечноморенных гряд (озы, камы, друмлины), сложены песчано-гравийно-галечниковым материалом; ленточные глины - отложения приледниковых озер, в которых чередуются прослойки песка и глины.
2. Внеледниковые отложения образованы потоками вод, вытекающими из-под ледников, и расположены впереди каменно-моренных гряд. Их называют зандрами. Зандровые равнины сложены песчаными и супесчаными отложениями, слоистыми осадками с включениями гравия, гальки. К равнинам такого типа могут быть отнесены Мещерская низменность, Полесье.
Покровные суглинки относятся к внеледниковым отложениям и рассматриваются как отложения мелководных приледниковых разливов талых вод. Они перекрывают морену сверху слоем 3-5 м, откуда и получили название. Покровные суглинки имеют желто-бурую окраску, хорошо отсортированы, не содержат камней и валунов. В их составе преобладают фракции крупной пыли (0,05 - 0,01 мм) и ила (<0,001 мм). Как правило, покровные суглинки не содержат карбонатов. В качестве почвообразующих они широко распространены в таежно-лесной и в северной части лесо-степной зоны наряду с моренными отложениями. На них формируются подзолистые, дерново-подзолистые и серые лесные почвы.
Почвы на покровных суглинках, особенно легко- и среднесуглинистые разновидности, обладают более высоким плодородием по сравнению с такими же почвами на моренных отложениях.
Лессы и лессовидные суглинки имеют различное неокончательно установленное происхождение. Считается, что они могут быть водно-ледникового, древнеаллювиального, эолового, делювиально-пролювиального происхождения с последующим преобразованием в условиях аридного климата. Эти суглинки характеризуются палевой окраской, повышенным содержанием пылеватых и илистых фракций, рыхлым сложением, высокой пористостью, высоким содержанием карбонатов кальция, а на юге - гипса и водорастворимых солей. Они распространены на больших площадях в лесостепной, степной и сухостепной зонах на Русской равнине, равнинах Сибири, в Предкавказье. На них образовались высокоплодородные серые лесные почвы, черноземы, каштановые почвы, сероземы Средней Азии.
Эоловые отложения образовались в результате деятельности ветра. Эол, по древнегреческой мифологии, - бог ветра. Разрушительная деятельность ветра слагается из коррозии и дефляции.
Коррозия - обтачивание, шлифование песком горных пород, скал ветром. Дефляция - сдувание и перенос ветром мелких частиц почв и горных пород. Оба эти процесса часто объединяют понятием ветровой эрозии. К эоловым отложениям относят пески дюн, барханов, барханных гряд. Они образуются, преимущественно, при перевевании аллювиальных, морских, флювиогляциальных, озерных песков. Характерная особенность эоловых песков - подвижность, рыхлое сложение, хорошая сортировка, отшлифованная округленность песчинок, высокая водопроницаемость. Почвы, формирующиеся на песках, обладают слабой водоудерживающей способностью и низким плодородием. Распространены в пустынях Средней Азии и на побережье Балтийского моря.
Двучленные и многочленные почвообразующие породы выделяются в тех случаях, когда в пределах почвенной толщи происходит смена пород. Наиболее часто встречаются в таежно-лесной зоне. Например, покровные суглинки, подстилаемые мореной или флювиогляциальными песками.
2.4. Влияние горных пород на другие компоненты ландшафта.
Горные породы оказывают влияние на все компоненты ландшафта. Почвы наследуют от горных (почвообразующих) пород гранулометрический, минералогический и химический составы, ряд физических свойств. Свойства почв отражаются в растительном покрове. На породах, обогащенных элементами питания и основаниями, как правило, образуются плодородные почвы с обильной растительностью, наоборот, на бедных породах формируются почвы с низким плодородием и скудной растительностью. Почвы, унаследовавшие негативные, с агрономической точки зрения, свойства, такие как каменистость, высокая плотность, наличие водорастворимых солей и др имеют специфическую растительность и требуют специальных затрат на их освоение и улучшение. Горные породы могут в корне изменять скорость и направление почвообразовательных процессов, что приводит к формированию азональных типов почв, например, дерново-карбонатные почвы в таежно-лесной зоне среди подзолистых.
С составом горных пород тесно связан состав почвенно - грунтовых вод. На карбонатных породах формируются грунтовые воды с повышенным содержанием кальция; на засолённых - с повышенным содержанием водорастворимых солей и др.
Можно привести примеры влияния пород на состав атмосферного воздуха. Это обилие пыли в воздухе на глинистых породах и почвах, обилие песка на песчаных, повышенные концентрации водорастворимых солей на территориях с засолёнными почвами и породами.
Выветривание - разрушение горных пород под воздействием ряда факторов. Приходя в контакт с атмосферой, гидросферой и биосферой, горные породы, ранее находившиеся на глубине, подвергаются изменению своего состояния, нарушению сплошности и, наконец, дезинтеграции, разрушению на мелкие частицы. Выветривание можно разделить на три вида механическое, химическое и биологическое.
Механическое или морозное выветривание , происходит при замерзании воды попавшей в трещины горных пород. Вода, замерзая, превращается в лед, объем которого на 10% больше, и при этом создается давление на стенки, например, трещины, до 200 МПа, что значительно больше прочности большинства горных пород. Такое же расклинивающее действие на породы оказывают кристаллы соли при их росте из раствора. Механическое расклинивающее воздействие на горные породы оказывают корни деревьев и кустарников, которые, увеличиваясь в объеме, создают большое добавочное напряжение на стенки трещины. Даже мелкие грызуны, а также черви, муравьи и термиты оказывают механическое воздействие на горную породу, роя ходы до 1,5 м глубиной.
Химическим выветриванием называется разрушение горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислоты и органических кислот, содержащихся в воздухе и воде и воздействующих на поверхность пород, растворяя их. Химические выветривание представлено несколькими основными процессами: растворением, окислением, гидратацией, восстановлением, карбонатизацией, гидролизом.
Растворение играет наиболее важную роль, т.к. связано с воздействием воды, в которой растворены ионы Na, К, Mg, Са, CI, SO, НСО3 и др. Особенно существенны ионы водорода (Н), гидроксильный ион (ОН) и содержание О, СО и органических кислот. Как известно, концентрации ионов Н оценивают в виде рН-логарифма концентрации ионов. При рН = 6 растворимость железа в 100 тыс. раз (!) больше, чем при рН = 8,5. Глинозем - Al2O3, практически нерастворимый при рН от 5 до 9, при рН < 4 прекрасно растворяется. Кремнезем - SiO2 - значительно увеличивает свою растворимость при пере-ходе от кислых растворов с рН < 7 к щелочным рН > 7. Отсюда ясно, какую важную роль играет водородный ион в ускорении процессов химического выветривания, в частности растворения. Хорошо растворяются соли хлористо-водородной и соляной кислот. Так, на 100 частей воды по весу NaCl приходится 36 частей, RC1 - 32, MgCl - 56, CaCl - 67. Карбонаты и сульфаты растворяются хуже, например на 10 тыс. частей воды всего 20 частей CaSO4, или 25 частей CaSO4 +2H2O. Еще хуже растворяются карбонатные породы, известняки, мергели, доломиты. Однако если растворение продолжается длительное время, то возникает большое разнообразие карстовых форм рельефа, включая глубокие, многокилометровые пещеры
Окисление представляет собой взаимодействие горных пород с кислородом и образование оксидов или гидроксидов, если присутствует вода. Сильнее всего окисляются закисные соединения железа, марганца, никеля, серы, ванадия и других элементов, которые легко соединяются с кислородом.
Легко окисляется такой распространенный минерал, как пирит:
FeS2 + mO2 + nH2O>FeSO4> Fe2 (SO4)3>Fe2O3 nH2O
Таким образом, на «выходе» после окисления получается такой распространенный минерал, как лимонит, или бурый железняк.
Следы окисления в виде пород, окрашенных в бурый, охристый цвет, наблюдаются везде, где в породах содержатся железистые минералы или их включения.
Восстановление происходит в отсутствие химически связанного кислорода, когда сильным восстановителем является органическое вещество, сформировавшееся в результате отмирания болотной растительности. При этом необходимы анаэробные условия в неподвижной, застойной воде, например в болотах. Восстановительные процессы превращают породы с оксидом железа, окрашенные в бурые, желтые и красноватые цвета, в серые и зеленые. Под торфом иногда возникает глинистая серо-зеленая масса, называемая глеем.
Гидролиз - это довольно сложный процесс, особенно затрагивающий минералы из группы силикатов и алюмосиликатов. Происходит он при взаимодействии ионов Н и ОН с ионами минералов, следовательно, для гидролиза всегда необходима вода. Гидролиз приводит к нарушению первичной кристаллической структуры минерала и возникновению новой структуры уже другого минерала. Наиболее распространенный пример - это гидролиз ортоклаза, одного из полевых шпатов, часто встречающегося в горных породах, особенно в гранитах. Гидролиз в присутствии СО приводит к образованию нерастворимого минерала каолинита и выносу бикарбоната калия и кремнезема.
Примеры реакции гидролиза:
2 KАlSi3O8 + 3H2O + 2CO2 > Al2Si2O5 (OH)4 + H4SiO4 +2KHCO3
ортоклаз, каолинит кремнекислота бикарбонат калия
микроклин
СaАl2Si2O8 + 3H2O + 2CO2 > Al2Si2O5 (OH)4 + Са(HCO3)2 + H4SiO4
аноритт каолинит бикарбонат Сa
Карбонатизация . Минералы, содержащие ионы Ca, Mg, Na и K вступают в реакцию с природными водами, насыщенными углекислотой. При этом образуется карбонаты и бикарбонаты этих минералов. Такой процесс называется карбонатизацией. Все поверхностные воды содержат углекислый газ, поступающий из атмосферы или из разлагающегося в почве органического вещества. Растворенный углекислый газ реагирует с водой, при этом образуется углекислота:
Н 2 О + СО2 = Н2 СО3
Углекислота диссоциирует на ионы водорода (Н +) и бикарбоната (НСО3 -) и ионы карбоната (СО3 2-). Поэтому насыщенная углекислой вода растворяет многие минералы легче, чем чистая вода, т.е. является активным агентом выветривания.
Гидратация - это процесс присоединения воды к минералам и образования новых минералов. Самый простой пример - переход ангидрита в гипс.
CaSO4 + 2H2O>CaSO4 2H2O
Объем породы при гидратации увеличивается, что может привести к деформациям отложений.
Биологическое выветривание. Горные породы на своих поверхностях содержат огромное количество микроорганизмов. На 1 г выветрелой породы может приходиться до 1 млн. бактерий. Как только порода начинает выветриваться, на ней сразу же поселяются бактерии и сине-зеленые водоросли, затем лишайники и мхи, которые растворяют и разрушают поверхностный слой породы, и после их отмирания на ней образуются углубления, ямки, борозды, заполненные сухой биомассой отмерших организмов. Наиболее распространены грибные гифы (ветвящиеся тяжи) и микроколонии из округлых клеток. Грибы, как правило, интенсивно окрашены различными пигментами - меланином, каротиноидами, микроспоринами, которые вызывают потемнение трещин и придают поверхности мрамора, например, красновато-бурый, бурый - почти черный - цвет. Еле заметные трещинки на поверхности камней обладают другими экологическими обстановками, нежели обстановки на гладкой поверхности породы. Там больше влаги и меньше света. Поэтому в субаэральных пленках на поверхности камней преобладают микроскопические грибы, гифы которых активно растут, удлиняются и в конце концов покрывают всю поверхность камня. Таким образом, на поверхности горных пород формируются сообщества микроорганизмов, играющие важную роль в процессах выветривания.
Чаще всего перечисленные выше типы выветривания действуют одновременно. Однако под воздействием климата, водного режима, смены суточной и сезонной температур решающим становится какой-нибудь один тип, подчиняющийся климатической зональности. Так, во влажной тропической зоне химическое выветривание благодаря высокой температуре протекает интенсивно, с максимумом выщелачивания. Несколько менее энергично такое же выветривание происходит в таежно-подзолистой зоне. В пустынях, полупустынях и тундре преобладает физическое выветривание, тогда как химическое сходит на нет.
Магматические и метаморфические породы при выходе на поверхность подвергаются разрушению. Они измельчаются, превращаются в рыхлые породы, изменяется их химический состав.
Выветриванием называют процесс механического разрушения и химического изменения горных пород и составляющих их минералов. На горную породу совместно воздействуют живые организмы, вода, газы и колебания температур. Все эти факторы оказывают на породу разрушающее действие одновременно. В зависимости от преобладающего фактора различают три формы выветривания: физическое, химическое и биологическое. Вместе с тем следует иметь в виду, что всякое изменение химического состава породы приводит к изменению ее физических свойств.
Физическое выветривание - это механическое разрушение горных пород без изменения химического состава. Главный фактор физического выветривания - колебание суточных и сезонных температур. При нагревании происходит расширение минералов, входящих в горную породу. Поскольку различные минералы имеют разные коэффициенты объемного и линейного расширения, возникает местное давление, разрушающее породу. Этот процесс происходит в местах контакта различных минералов и пород. При чередовании нагревания и охлаждения между кристаллами образуются трещины. Проникая в мелкие трещины, вода создает такое капиллярное давление, при котором даже самые твердые породы разрушаются. При замерзании воды эти трещины увеличиваются. В условиях жаркого климата в трещины попадает вода вместе с растворенными солями, кристаллы которых также разрушающе действуют на породу. Таким образом, в течение длительного времени образуется множество трещин, приводящих к полному механическому разрушению горной породы. Разрушенные породы приобретают способность пропускать и удерживать воду. В результате раздробления массивных пород сильно увеличивается общая поверхность, с которой соприкасаются вода и газы, что обусловливает протекание химических процессов.
Химическое выветривание приводит к образованию новых соединений и минералов, отличающихся по химическому составу от первичных минералов. Оно осуществляется под воздействием воды с растворенными в ней солями и диоксидом углерода, а также кислорода воздуха. Химическое выветривание включает следующие процессы: растворение, гидролиз, гидратацию, окисление. Растворяющее действие воды усиливается с повышением температуры. При повышении ее на каждые 10 °С скорость химических реакций увеличивается в 2,0...2,5 раза. Если в воде содержится диоксид углерода, то в кислой среде минералы разрушаются быстрее.
Так, растворимость известняка резко усиливается вследствие перехода СаСО 3 в более растворимый гидрокарбонат:
СаСO 3 + СO 2 + Н 2 O = Са(НСO 3) 2 .
Гидролиз - основная химическая реакция минералов магматических пород с водой. При этом катионы калия, натрия, кальция и магния в кристаллической решетке алюмосиликатов замещаются водородными катионами воды.
Гидратация - процесс присоединения молекул воды к минералам.
При гидратации происходит разрыхление поверхности минералов, благодаря чему усиливается воздействие на них водных растворов и газов.
Окисление - процесс, связанный с действием атмосферного кислорода на минералы, содержащие оксид железа (II) или другие элементы, способные к окислению, например:
4FeCO 3 + ЗН 2 O + O 2 = 2Fe 2 O 3 ЗН 2 O + 4СO 2 .
В результате выветривания магматических пород образуются оксиды, переотложенные осадки и растворимые соли.
Биологическое выветривание - это механическое разрушение и химическое изменение горных пород под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Этот вид выветривания связан с почвообразованием. Если при физическом и химическом выветривании происходит только превращение магматических горных пород в осадочные, то при биологическом выветривании образуется почва, в ней накапливаются элементы питания растений и органическое вещество.
В почвообразовательном процессе участвуют бактерии, грибы, актиномицеты, зеленые растения, а также различные животные (дождевые черви, землеройные животные, насекомые и др.). Горные породы разлагают и многочисленные микроорганизмы. Так, нитрифицирующие бактерии образуют сильную азотную кислоту, а серобактерии - серную кислоту, которые энергично разлагают алюмосиликаты и другие минералы. Силикатные бактерии, выделяя органические кислоты и диоксид углерода, разрушают полевые шпаты, фосфориты и переводят калий и фосфор в форму, доступную для растений.
Водоросли (диатомовые, сине-зеленые, зеленые и др.) также разрушают горные породы. Особенно велика роль диатомовых водорослей, которые для построения своего скелета извлекают из алюмосиликатов кремниевую кислоту.
Лишайники, поселившиеся на горных породах, разрушают их посредством выделения специфических лишайниковых кислот и диоксида углерода. Кроме того, гифы лишайника способны проникать в тончайшие поры горных пород, что приводит к их физическому разрушению. Под лишайниками происходит некоторое накопление фосфора, калия, серы и других элементов, наличие которых обусловливает поселение на их месте мхов, а затем и высших растений. Мхи задерживают много влаги, что еще усиливает разрушение пород.
Зеленые растения выделяют органические кислоты и другие биогенные вещества, которые взаимодействуют с минеральной частью, образуя сложные органо-минеральные соединения. Корневые системы избирательно усваивают зольные элементы. После отмирания растений в верхних почвенных горизонтах происходит накопление азота, фосфора, калия, кальция, серы и других биогенных элементов. Кроме того, корни растений, особенно древесных, проникая в глубь горных пород по трещинам, оказывают давление на породы и разрушают их механически.
Таким образом, под влиянием физического, химического и биологического выветривания горные породы, разрушаясь, обогащаются мелкоземом, глинистыми и коллоидными частицами, приобретают поглотительную способность, становятся влагоемкими, водо- и воздухопроницаемыми; в них накапливаются элементы питания растений и органическое вещество. Это приводит к возникновению существенного свойства почвы - плодородия, которого не имеют горные породы.
