Земная кора

Ветер со скоростью 3 м/сек может шевелить литья деревьев, со скоростью 10 м/сек – качать толстые ветви, поднимать и переносить во взвешенном состоянии пыль и мелкий песок; ветер со скоростью 20 м/сек ломает ветви деревьев, переносит песок, гравий до 4 мм в диаметре; буря со скоростью ветра 30 м/сек может срывать крыши с домов, вырывать деревья, передвигать и переносить мелкие камешки; ураган со скоростью ветра 40 м/сек уже способен разрушать дома, вырывать с корнем крупные деревья.

Сила ветра при ураганах бывает очень велика. Однажды на мосту  через р. Миссисипи ураганным  ветром был сброшен в воду груженый поезд. В 1876 г. в Нью-Йорке ветром была опрокинута башня высотой 60 м, а в 1800 г. в Гарце было вырвано 200 тыс. елей. Многие ураганы сопровождаются человеческими жертвами.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Подземные воды, или подземная гидросфера, как  их назвал Ф. П. Саваренский, представляют собой часть гидросферы Земли и являются предметом изучения особой отрасли геологических знаний, получившей название гидрогеология.Гидрогеология справедливо претендует на значение самостоятельной науки, так как имеет свои задачи и только ей свойственные методы разрешения этих задач.

За счет подземных вод в основном производится водоснабжение городов и поселков. Значение воды для человека особенна верно оценил А. П. Карпинский, указав, что гидрогеология помогает использованию «наиболее драгоценного полезного ископаемого».

Гидрогеология как наука имеет следующие сформулированные Ф. П. Саваренским задачи: выяснение условий образования и залегания подземных вод, установление законов движение воды под землей, изучение химических и физических свойств подземных вод, условий их использования и регулирования (в некоторых случаях подземные воды вредны для человека» так как затапливают шахты, подвалы зданий и т. п.).

Для подземных вод, как  и для других полезных ископаемых подсчитываются запасы и производится учет их расходования (баланс). Химизм подземных вод является критерием при поисках некоторых видов полезных ископаемых. Наконец, теплые и горячие (термальные) воды используются в целях теплофикации и энергетики.

Самостоятельность гидрогеологии  как науки определяемся и существованием особой методики гидрогеологических исследований. В гидрогеологии одновременно используется комплекс методов, заимствованных от ряда смежных дисциплин: гидравлики, разведочного дела, геофизики, химии. Однако «гидрогеолог должен быть в первую очередь геологом» (Саваренский) так как, несмотря на все свое своеобразие, гидрогеология имеет дело с изучением земной коры и неотделима от геологии и ее методов исследования. Невозможно изложить все содержание гидрогеологии и в особенности коснуться специфических вопросов гидрогеологической методики, применяемой при исследовании динамики движения подземного потока, при опробовании подземных вод и при подсчете их полезных запасов.

В данной главе подземные  воды будут рассмотрены главным  образом с общегеологической точки зрения, как один из факторов денудации, и лишь очень кратко будут освещены вопросы их происхождения и условий залегания.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РАБОТА ТЕКУЧИХ  ВОД

Под текучими водами понимают всю воду, стекающую по поверхности суши, начиная от мелких струек, возникающих во время дождей или таяния снега, до самых крупных рек, подобных Волге, Амуру или Амазонке. Текучие воды являются самым мощным из всех экзогенных факторов, преобразующих поверхность материков. Разрушая горные породы и перенося продукты их разрушения в виде гальки, песка, глины и растворенных веществ, текучие воды способны в течение миллионов лет сравнять с землей самые высокие горные хребты. В то же время вынесенные ими в моря и океаны продукты разрушения горных пород служат главным материалом, из которого возникают мощные толщи новых осадочных пород. О масштабах работы текучих вод можно судить по следующим данным.

Объем воды, стекающей  ежегодно в моря с поверхности  суши, может быть определен как разность годовой суммы осадков и количества испарившихся осадков (табл. 1).

Таблица 1

Соотношение испарения  и осадков

(по данным М. И.  Львовича)

Поверхность земного  шара	Испарение в км3	Атмосферные осадки в км3	Разность в км3
Море .........	447 900	411600	-36300
Суша .........	70700	107 000	+36 300

 

Таким образом, ежегодно 36 300 км³ влаги переносится в виде паров с моря на сушу и те же 36300 км³ стекают в виде рек в море. Сток воды происходит к уровню океана с суши, средняя высота которой равна 750 м над уровнем моря.

При этом производится колоссальная работа, значительная часть которой тратится на разрушение горных пород и перенос продуктов их разрушения в растворенном и механически раздробленном состоянии, т. е. в виде гальки, песка и глины.

По подсчетам  Г.В. Лопатина, все реки земного шара (без учета Антарктиды, Гренландии и Канадского полярного архипелага, по которым данных нет) выносят за год в море в растворенном и механически взвешенном состоянии около 17,5 млн. т вещества, полученного за счет разрушения суши. Это равносильно общему понижению ее поверхности со средней скоростью около 0,09 мм в год, или 9 см в тысячелетие.

Таким образом, если скорость разрушения суши текучими водами принять  за строго постоянную, то за 8,3 млн. лет  средняя высота суши уменьшилась  бы как раз на те 750 м, которым она равна в настоящее время, т. е. она практически сравнялась бы с уровнем моря. Но фактически суша существует сотни и тысячи миллионов лет, так как существуют другие процессы, восстанавливающие ее высоту или даже создающие новые участки. Это поднятия земной коры. Без них вообще не могло бы существовать крупных возвышенностей, так как горы разрушаются текучей водой особенно интенсивно. Ведь с них стекают бурные реки, способные переносить даже крупные глыбы по 1—2 м и более в поперечнике.

Расчет показал, что в водосборе р. Вахш, притоки которой стекают с Алайского и Заалайского хребтов в Средней Азии, ежегодно смывается водой в среднем 2612 т только одних мелких частиц горных пород, переносимых во взвешенном состоянии в виде мути. Это дает среднее понижение всей поверхности водосбора на 1,6 мм в год, или в 18 раз больше, чем в среднем для всей суши.

Нередко всю  разрушительную работу текучих вод  в целом называют одним термином эрозия (по-латыни это значит разъедание). Однако это не вполне правильно, так как можно выделить две формы ее проявления, принципиально отличающиеся друг от друга по своим результатам.

Первая из них  — это эрозия, или иначе размыв (линейный размыв). Под этим названием понимается разрушительная работа русловых водных потоков, т. е. временных или постоянных ручьев и рек. Все они стремятся врезать свое русло в поверхность земли на всем протяжении в виде более или менее глубокой рытвины, промоины, оврага. Крупные водные потоки постепенно разрабатывают этим путем обширные и глубокие долины и ущелья. Линейный размыв, или эрозия, стремится, таким образом, расчленить рельеф суши, сделать его более неровным, иногда даже очень неровным, так как речные долины иногда имеют глубину до 1,5—2 тыс. м.

Совсем иной формой проявления разрушительной работы воды является площадной смыв, или просто смыв¹. Под смывом понимают работу воды, стекающей по склонам во время дождей или таяния снегов. Этот временный склоновый сток выражается либо в виде сплошной тонкой пелены воды, движущейся по пологому скату, либо в виде густой сети мелких струек, каждая из которых является как бы миниатюрным ручейком. Каждая струйка стремится вырыть себе маленькую рытвинку, но ее кинетической энергии хватает лишь на то, чтобы врезаться в тонкий разрыхленный выветриванием поверхностный покров на глубину нескольких сантиметров. В связи с этим образующиеся миниатюрные рытвинки расположены очень близко друг к другу, их склоны сходятся в виде узкого гребешка, а постепенное врезание приводит к общему равномерному понижению всей поверхности склона. Благодаря этому смыву подвергаются одновременно обширные площади, и под его влиянием происходит вьполаживание и сглаживание склонов, общее выравнивание поверхности суши, уменьшение ее вертикального расчленения. Иными словами, площадной смыв приводит к прямо противоположным результатам по сравнению с эрозией. Именно поэтому их и следует отличать друг от друга.

Развитие рельефа  суши происходит при совместном воздействии  эрозии и площадного смыва, относительная  роль которых изменяется в зависимости  от высоты поверхности континента над уровнем океана. Чем выше суша, тем круче, как правило, уклоны ее поверхности, тем быстрее течение ручьев и рек, тем интенсивнее протекает линейный размыв, или эрозия, создающая глубокие долины и узкие высокие водоразделы между ними рельеф становится гористым, расчлененным.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РАБОТА ЛЬДА

Большую роль как  геологический фактор играет лед. Б  природе лед выступает в трех формах: в виде грунтового льда, плавучего—морского, озерного и речного льда и, наконец, в виде горных и материковых льдов. Особенно большую работу по разрушению горных пород, переносу обломочного материала и образованию новых сложений осуществляют ледники.

Грунтовый (подземный) лед и многолетняя (вечная) мерзлота. Во всех странах с холодной зимой почва периодически промерзает с поверхности, и в ней образуется почвенный лед, заполняющий поры грунта. Глубина промерзания тем больше, чем ниже зимние температуры и чем тоньше зимний снежный покров, защищающий почву от крайнего переохлаждения. В большей части умеренного пояса, где средние годовые температуры положительны, промерзание имеет сезонный характер, и почва вновь оттаивает летом. Это явление носит название сезонной мерзлоты.

В областях, где  среднегодовая температура отрицательна, ниже зоны сезонной мерзлоты, в зоне постоянных температур, как известно, соответствующих средним годовым, горные породы остаются мерзлыми круглый год. Вода, заключенная в их порах, все время остается в твердом состоянии в виде грунтового, или подземного, льда. В таком случае говорят о многолетней, постоянной или  вечной мерзлоте.

Многолетняя мерзлота широко распространена в субполярном  и холодно-умеренном климате, особенно в Канаде, на Аляске и в Восточной  Сибири. В этих областях вертикальный разрез почвы и подпочвы в схеме  имеет следующие особенности.

Верхняя часть его (мощностью от нескольких сантиметров до 1,5—2 м) носит название деятельного слоя. Это слои сезонной мерзлоты, который за лето оттаивает, а зимой замерзает. Летом деятельный слой обычно целиком насыщен водой или содержит воду в своей нижней части над водоупорными постоянно мерзлыми слоями. Это так называемые надмерзлотные воды. Ниже располагается постоянно промерзший слой различной толщины, не оттаивающий летом, т. е. собственно слой многолетней мерзлоты. Под толщей много летней мерзлоты залегают слюды, находящиеся вне сферы влияния климатических условий, где срезывается уже влияние внутреннего тепла Земли. Здесь циркулируют подземные воды в жидкой фазе, находящиеся обычно под гидростатическим напором, так как сверху они прикрыты водоупорным мерзлотным слоем. Это так называемые подмерзлотные воды.

Воды в жидком состоянии могут залегать в виде линз внутри зоны многолетней мерзлоты, что связано с неравномерным распределением в ней температур. Эти воды называются межмерзлотными водами. Участки талого грунта к которым они приурочены  носят название таликов.

Межмерзлотные, а иногда и надмерзлотные воды могут временами приобретать напор. Обычно он возникает осенью и зимой, когда идет промерзание деятельного слоя и таликов Развивающаяся сезонная мерзлота постепенно смыкается с многолетней мерзлотой, но не сразу повсеместно. Во многих местах между ними сохраняются более или менее долю не замерзающим участки, насыщенные водой, которая постепенно сжимается замерзающими и увеличивающимися в объеме окружающими слоями грунта Напор, возникающий при этом, может быть очень значительным

Иногда из-за образования трещин в мерзлоте напорные воды внедряются под почву и замерзаю г там в виде крупных линз; поднимающих  поверхностный слой и носящих  название гидролакколитов. Образующиеся над такими гидролакколитами бугры с ледяным ядром, пли булгунняхи, имеют высоту до 10 м и более. Они представляют собой целые небольшие холмы с довольно крутыми склонами. Покрывающий их лес иногда оказывается наклоненным в разные стороны.

Прорыв межмерзлотных и подмерзлотных вод может быть вызван деятельностью человека, например возведением строений, отапливаемых зимой. Под такими строениями мерзлота подтаивает, и это может открыть доступ к поверхности нижележащих напорных вод.

В других случаях напорные воды изливаются на поверхность Земли и образуют н алели часто значительных размеров. Толщина последних достигает 5 м. Площадь их может занижать несколько квадратных километров.

ОЗЕРА И БОЛОТА, ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ  РОЛЬ

Озера представляют собой заполненные водой впадины на поверхности суши, имеющие самое различное происхождение.

Общая площадь  озер составляет 2,7 млн. км², или около 2% всей площади континентов. Гипсометрические озера располагаются на высоте от 5400 м выше уровня моря (оз. Хорпатсо в Тибете) до 392 м ниже уровня моря (Мертвое море).

Глубина озер бывает иногда довольно значительной: в отдельных  случаях дно озерных впадин опущено более чем на 1000 м ниже уровня моря.

Данные о некоторых наиболее крупных озерах мира представлены в  табл. 2 (цифры площадей поверхности озер округлены) .

Таблица 2

Размеры и глубина крупнейших озер мира

Название озера	Площадь в тыс. КМ'1		Наибольшая глубина  в м		Абсолютная высота в м
Каспийское (море)	394	980		-28
Верхнее	82	308		183
Аральское (море)	66	68		53
Танганьика	33	1435		773
Байкал	31	1741		453
Ладожское	18	225		4
Балхаш	19	26		340
Онежское	10	110		33
Иссык-Куль	6	702		1609