Строение земной коры

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 обще геологической точки зрения,   как один из факторов денудации,   и лишь очень кратко будут освещены вопросы их происхождения и условий залегания. 

2.3 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.   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 около0,  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 по1—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 смыв.   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 смыв уподвергаются 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.   Чем ниже суша,   т.  е.   чем медленнее и меньше по размаху поднятия земной коры,   тем менее интенсивна эрозия,   но зато тем больше относительная роль площадного смыва,   тем более сглаженным,   равнинным становится рельеф.   Ручьи и реки,   производящие площадной смыв,   создают и совершенно различные по составу и строению отложения,   играющие неодинаковую роль в общем комплексе осадков,   возникающих на суше.  

2.4Геологическая детальность 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 водоупорным и постоянно мерзлыми слоями.   Это так называемые над мерзлотные 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 под мерзлотные 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 над мерзлотные 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 подпочву и замерзаю г там в виде крупных линз; поднимающих поверхностный слой и носящих название гидро лакколитов.   Образующиеся над такими гидро лакколитами бугры с ледяным ядром,   пли булгунняхи,   имеют высоту до 10м и более.   Они представляют собой целые небольшие холмы с довольно крутыми склонами.   Покрывающий их лес иногда оказывается наклоненным в разные стороны.   Прорыв межмерзлотных и под мерзлотных 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  налили часто значительных размеров.   Толщина последних достигает 5м.   Площадь их может занижать несколько квадратных километров.  

2.5 Озера и болота,   их геологическая роль

 Озера представляют собой заполненные водой впадины на поверхности суши,   имеющие самое различное происхождение.   Изучение озер,   их режима,   истории развития,   условий накопления осадков и связанных с ними полезных ископаемых представляет важную геологическую задачу.   Осадки,   накапливающиеся в озерах,   очень разнообразны и многие из них являются ценным минеральным сырьем для различных отраслей народного хозяйства.   В отличие от морей озера имеют относительно небольшие размеры и располагаются в большинстве случаев внутри континентов.   Они не связаны,   как правило,   с Мировым океаном,   если не считать искусственного их соединения посредством каналов.   Лишь немногие из озер располагаются вблизи морских берегов и являются бассейнами,   от шнурованными от морей и потерявшими связь с ними в недавнем геологическом прошлом.   Это реликтовые (остаточные) озера.   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 (Мертвоеморе).   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.1(цифры площадей поверхности озер округлены)

2.6 Происхождение и типы озерных впадин

Озерные впадины могут быть экзогенного и эндогенного происхождения.  И те и другие в свою очередь разделяются на плотинные и котловинные. Плотинные впадины экзогенного происхождения развиты широко. Их примером является Сарезское озеро на Памире,   образовавшееся в 1911 г.   в результате обвала скального массива на правом берегу р.   Бартанг.   При этом обвале в ущелье реки возникла запруда длиной 5 км и высотой 700 м.   Река разлилась и образовала озеро,   затопив расположенный выше плотины кишлак Сарез.  Отсюда озеро и получило название Сарезского.   Наполнение озера продолжалось несколько лет.   Длина этого озера 85 км и глубина у плотины около 0,  5 км.   В горах очень распространены случаи возникновения озер в результате запруды рек конечно-моренными валами отступивших ледников.   В настоящее время возникает много искусственных озер—водохранилищ при сооружении плотин на реках в целях орошения,   а также для получения электроэнергии и регулирования стока вод в реках,   мелеющих в меженное время.   Примером таких озер могут служить созданные и создаваемые в бассейне р. Волги Московское море,   Куйбышевское водохранилище.   Сталинградское водохранилище, Цимлянское на р.Дон, ряд водохранилищ на p.Днепре, Ангареи др , а также многочисленные искусственные плотинные озера и пруды на многих более мелких реках.  

3. Эндогенные процессы

Эндогенными (внутренними) процессами называются такие геологические процессы,   происхождение которых связано с глубокими недрами Земли.   Вещество земного шара развивается во всех своих частях,   в том числе и в глубинных.   В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико-химические преобразования вещества,   в результате которых возникают мощные силы,   воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие последнюю.   Вот эти-то преобразующие процессы и называются эндогенными процессами.   Наиболее отчетливо эндогенные процессы выражаются в явлениях вулканизма,   под которыми понимаются процессы, связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.   Явления вулканизма знакомят человека с материей,   располагающейся в глубинах земного шара,   с ее физическим состоянием и химическим составом Проявления поверхностного вулканизма происходят не повсеместно,   а приурочены к определенным участкам земной коры,   положение и площадь которых изменялись в ходе геологической истории.  

Магма,   внедряясь в земную кору,   очень часто не достигает поверхности,   а застывает где-то на глубине,   образуя при этом глубинные,   интрузивные горные породы (гранит,   габбро и др. ). Явления внедрения магмы в земную кору получили название,   глубинного вулканизма,   или плутонизма.   Вторым видом эндогенных процессов являются землетрясения,   проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде кратковременных толчков или сотрясений.   Явления землетрясений,   так же как и вулканизм,   всегда поражали воображение человека.   В тех случаях,   когда толчки приходились на населенные пункты,   землетрясения приносили человечеству значительные бедствия: гибель многих людей,   разрушения построек и т.   д.   Кроме кратковременных и сильных колебаний типа землетрясении,   земная кора испытывает колебания,   при которых одни участки ее опускаются,   а другие поднимаются.   Движения эти совершаются очень медленно со скоростью нескольких сантиметров или даже миллиметров в столетие,   они недоступны непосредственным наблюдениям без приборов.   Но так как эти движения совершаются повсеместно и непрерывно в течение многих миллионов лет,   то конечные результаты их весьма существенны.  

Вследствие этих колебательных движений многие области,   ранее бывшие сушей,   оказались дном океана и,   наоборот,   некоторые участки земной поверхности,   сейчас возвышающиеся на сотни и даже тысячи метров над уровнем моря,   сохраняют свидетельство того,   что когда-то они были под водой.  Интенсивность колебательных движений неодинакова: на одних участках земной коры опускания или поднятия более значительны,   на других менее значительны.   Одним из самых ярких проявлений внутренних сил являются складчатые и разрывные деформации земной коры.   Эти явления,   в большинстве случае недоступные непосредственному наблюдению,   хорошо запечатлелись в характере залегания осадочных пород,   слагающих земную кору.   Осадки морей и океанов выпадая из воды,   ложатся обычно ровными горизонтальными пластами.  Вследствие же складкообразования эти горизонтально залегающие пласты оказываются собранными в различного вида складки,   а иногда разорванными или надвинутыми друг на друга.   Явление смятия и разрыва пластов способствует образованию возвышенностей и гор,   впадин и котловин.