3 Билет Геологическая деятельность постоянных и временных водотоков, подземных вод. Карстовые процессы.

Поверхностные текучие воды - являются одним из важнейших факторов преобразования рельефа Земли.

Флювиальные (от лат. fluvius - река, поток) процессы и формы рельефа связанны с деятельностью постоянных и временных водных потоков на суше.

Водные потоки суши осуществляют огромную работу, приводящую к созданию обширного комплекса специфических флювиальных форм рельефа и постоянному перераспределению вещества на земной поверхности.

Водотоки или русловые потоки производят разрушительную работу: эрозию, перенос материала и его аккумуляцию и создают выработанные (эрозионные) и аккумулятивные формы рельефа.

На суше эрозионные формы рельефа пользуются большим развитием и распространением, чем аккумулятивные. Обусловлено это тем, что значительная часть обломочного материала, переносимого постоянными и временными водотоками, выносится в моря и океаны и откладывается на дне, образуя толщи морских осадочных пород.

Эрозионная работа водотока осуществляется за счет живой силы потока, корразии (воздействия на дно и берега влекомыми водным потоком обломками) и химического воздействия на породы, слагающие дно и берега реки. Чем больше масса воды, тем больший объем рыхлого материала она может перенести, тем большую геологическую работу она производит.

Наибольшее значение имеет живая сила, или кинетическая энергия потока, которая может быть выражена формулой

F = mv2/2, (1)

где F - энергия потока;

m - масса воды;

v - скорость течения.

Скорость течения зависит от уклона продольного профиля и определяется по формуле Шези:

, (2)

где с - коэффициент, зависящий от шероховатости русла;

R - гидравлический радиус потока, равный отношению площади живого сечения водотока к смоченному периметру;

i - уклон.

Под уклоном понимается величина перепада высот, деленная на расстояние по горизонтали, на котором наблюдается этот перепад.

Таким образом, чем многоводнее поток и круче уклон, тем больше его живая сила и эродирующая способность.

8.2.Профиль равновесия реки

В эрозионной работе водотоков различают донную эрозию, направленную на углубление (врезание) русла водотока, и боковую эрозию.

Углубление русла водотока ограничивается уровнем водного бассейна (озера, моря), куда впадает водоток. Этот уровень называется базисом эрозии. Общим базисом эрозии для русловых водотоков является уровень Мирового океана.

Выше базиса эрозии водоток будет врезаться до тех пор, пока не сформирует профиль, в каждой точке которого живая сила потока окажется уравновешенной сопротивлением подстилающих пород размыву, и транспортирующая способность потока окажется выровненной по всей его длине. В процессе регрессивной эрозии река, углубляя свое русло, стремится преодолеть различные неровности, которые со временем сглаживаются, и постепенно вырабатывается более плавная (вогнутая) кривая, или профиль равновесия реки (рис. 20).

Рис. 20. Выработка продольного профиля равновесия реки

на различных стадиях регрессивной эрозии

Поверхность, по которой течет водоток, обычно сложена породами разного состава, а, следовательно, и разной устойчивости к размыву. Породы более податливые размываются легче; менее податливые задерживают глубинную эрозию. В таком случае продольный профиль водотока приобретает вид сложной кривой, характеризующейся чередованием участков с разными уклонами и вообще, является графиком, который строится по абсолютным высотным отметкам уреза воды в реке через одинаковые расстояния.

Невыработанный продольный профиль потока характеризуется наличием водопадов и порогов.

Особенностью эрозионной работы водотоков является ее избирательный, селективный характер. Вода, в процессе углубления русла выявляет наиболее податливые для врезания участки легко размываемых пород или участки, где сопротивляемость пород ослаблена по тектоническим причинам. Материал, полученный в результате эрозионной работы постоянных водотоков, переносится вниз по течению и называется твердым стоком.

Транспортировка его осуществляется различными способами:

- волочением обломков по дну;

- переносом мелких частиц во взвешенном состоянии;

- в растворенном виде;

- в виде обломков, вмерзших в лед.

Передвижение определенной части донных наносов находится в строгой зависимости от скорости течения. Максимальная масса частицы, которую может переносить поток, пропорциональна шестой степени скорости течения. Эта зависимость дает возможность объяснить большую разницу в величине обломков, переносимых горными и равнинными реками или одной и той же рекой в межень и в половодье, когда с увеличением массы воды увеличивается и скорость ее течения.

Отложения, формируемые постоянными водными потоками, называются аллювиальными или аллювием. Аллювий отличается от других генетических типов континентальных отложений сортированностью и окатанностью обломков.

Сортировка и окатывание обломочного материала, слагающего аллювий, происходит во время его транспортировки, вследствие ударов и трения о дно и берега водотока. В результате неокатанные обломки становятся окатанными: глыбы превращаются в валуны, щебень - в гальку, дресва - в гравий. В процессе переноса обломки не только окатываются, но и истираются. Поэтому с течением времени валуны переходят в гальку, галька - в гравий, гравий в песок. Вниз по течению аллювиальные отложения становятся все более и более мелкозернистыми.

Реки в процессе своей деятельности вырабатывают линейные отрицательные формы рельефа – речные долины. Основные элементы речной долины: дно, состоящее из русла и поймы, и склоны. Они могут быть террасированными и простыми.

Пойма - это приподнятая над меженным уровнем воды в реке часть дна долины, покрытая растительностью и затопляемая в половодье.

В половодье река работает особенно интенсивно – увеличиваются масса воды и скорость ее течения, резко возрастает живая сила потока. С падением уровня воды, накопившийся у выпуклого берега песчаный материал выходит из-под воды и образует прирусловую отмель.

Этот процесс, повторяясь из года в год, ведет к смещению русла реки в сторону вогнутого берега и к расширению прирусловой отмели.

Русло реки – наиболее углубленная часть речной долины, по которой протекает речной поток в межень.

В руслах рек часто встречаются и такие формы рельефа, как острова. Разделение (фуркация) русла и образование островов обычно служит признаком повышенной аккумуляции обломочного материала на данном участке реки. Много островов, делящих русло на множество рукавов, наблюдается:

- в дельтах рек;

- при выходе горных рек на равнину;

- в местах пересечения рекой отрицательных геологических структур, испытывающих погружение.

Большинство речных островов имеет высоту, не превышающую высоты поймы, и затопляется в половодье. Особое значение имеют устьевые части рек, которые бывают трех типов: дельты, эстуарии и лиманы.

Дельты -это плоские низменные равнины, наклоненные к морю, имеющие близкую к треугольной форму. В дельтах отлагается большая часть приносимого рекой материала, который смешивается с морскими и озерными осадками. Дельты нередко занимают большие площади, а их отложения в случае медленного опускания земной коры имеют большие мощности (сотни метров). С дельтовыми отложениями нередко связаны крупные месторождения нефти.

Эстуарии -это воронкообразные заливы, глубоко вдающиеся в долину реки. Они образуются там, где наблюдаются высокие приливы и отливы, а также вдольбереговые течения, которые уносят в море весь приносимый рекой материал.

Лиманы -это затопленные морем устьевые части рек. При этом образуются обширные, но неглубокие заливы, а собственное русло реки смещается к вершине лимана.

Геологическая деятельность подземных вод

Классификация подземных вод по происхождению

1) Инфильтрационные – образуются за счет просачивания атмосферных осадков (как правило, пресные и холодные)

2) Конденсационные – образуются за счет конденсации атмосферной влаги на рыхлых грубообломочных отложениях, этот процесс возможен вблизи крупных водоемов (как правило, ультрапресные и холодные)

3) Седиментационные – образуются в результате диагенеза морских осадков (как правило, холодные и рассолы)

4) Ювенильные или магматические - поступают в земную кору из магмы (как правило, горячие и термальные)

Физическое состояние подземной воды

1. Парообразная (передвигается в пустотах горных пород от мест с большей упругостью пара к местам с меньшей упругостью пара).

2. Твердая (лед) – встречается в местах распространения вечной мерзлоты

3. Жидкая

3.1. Прочносвязанная

а) Кристаллизационная – входит в состав кристаллической решетки в виде молекул H2O. Пример (СaSO4 2H2O). При нагревании выше 1070С она освобождается.

б) Конституционная – входящие в состав минералов ионы Н+ и ОН -. Выделение воды возможно при полном разрушении минералов.

в) Гигроскопическая – одномолекулярная пленка на поверхности частиц, адсорбируется из воздуха (плотность 1.5 г/см3, температура замерзания (-780С))

Вся прочносвязанная вода не доступна растениям и неподвижна.. ОНящие в состав минералов ионы Нвиде молекул большей упрогостью пара к местам с меньшей упругостью парарупных водоемов

3.2. Рыхлосвязанная

а) Пленочная удерживается молекулярными силами, образует пленку поверх гигроскопической. Движение происходит от мест с толстой пленкой к местам с тонкой пленкой. Эта влага малоподвижна и труднодоступна для растений

б) Капиллярная - среднедоступная влага для растений, удерживается капиллярными силами

3.3. Гравитационная – перемещается под действием силы тяжести в крупнопористых породах.

а) Почвенные воды

б) Верховодка - временные водоносные горизонты, образуются в зоне аэрации на линзах водонепроницаемых горных пород. Они используются для сельского водоснабжения, ненадежны и часто загрязнены

в) Грунтовые воды – первый региональный водоносный горизонт на первом водоупорном горизонте со свободной верхней открытой поверхности. Уровень грунтовых вод (УГВ) – это уровень, на котором устанавливается вода в скважинах и колодцах. УГВ меняется по годам и сезонам и зависит от количества атмосферных осадков. Расстояние от поверхности до УГВ называется зона аэрации. Питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, разгрузка - в реки. Грунтовые воды – источник сельского водоснабжения.

г) Межпластовые ненапорные воды – залегают между двумя водоупорными горизонтами, не заполняя при этом полностью всей мощности горизонта.

д) Артезианские напорные воды - подземные воды, обладающие гидростатическим напором – при вскрытии водоносного горизонта вода поднимается выше кровли водоносного пласта. Линию, соединяющую отметки установившегося напорного уровня называют пьезометрическим уровнем. Пресные воды используются для центрального водоснабжения и орошения.

Классификация подземных вод по температурному режиму

1) Холодные (до 200С)

2) Теплые (20-420С)

3) Горячие или термальные (более 420С)

Классификация подземных вод по минерализации

1) пресные (до 1г/л)

2) солоноватые (1-10г/л)

3) соленые (10-50г/л)

4) рассолы (более 50г/л)