Текст книги "Почвоведение и инженерная геология"

Вопросы для выполнения задания и самостоятельной подготовки

1. Что понимают под горной породой? 2. Какие горные породы называют сложными (полиминеральными)? 3. Какие горные породы называют простыми (мономинеральными)? 4. На какие группы делят горные породы по происхождению? 5. Как подразделяются породы по условиям залегания? 6. Какие горные породы являются первичными по своему происхождению? 7. Какие породы являются вторичными по своему происхождению? 8. Какие породы называются магматическими? 9. На какие группы делятся магматические горные породы по условиям образования? 10. Как делятся магматические породы по содержанию кремнезема? 11. На какие группы делятся осадочные горные породы по условиям образования? 12. Охарактеризуйте условия образования каждой из этих групп. 13. При каких условиях образуются метаморфические горные породы? 14. Перечислите почвообразующие породы.

1.2 Геодинамические процессы, их роль в формировании горных пород, рельефа

Динамическая геология – наука о геологических процессах, изменяющих состав, строение и лик Земли. Она исследует перемещение пород в земной коре, изучает все современные процессы, обусловленные энергией, возникающей в недрах Земли, энергией Солнца, а также деятельностью человека.

На поверхности Земли и в ее недрах протекают геологические процессы, которые принято делить на две большие группы по источникам энергии: 1) эндогенные и 2) экзогенные.

Экзогенные процессы возникают в результате внешнего воздействия на земной шар (атмосферы, гидросферы, биосферы) и проявляются на его поверхности. Они в основном порождены тепловой энергией Солнца, поступающей на землю и трансформированной в другие виды энергии.

Эндогенные процессы проявляются при воздействии внутренних сил Земли на твердую оболочку. Они обусловлены той энергией, которая накапливается в недрах Земли: радиоактивное тепло Земли, которое выделяется в результате распада радиоактивных элементов, энергия гравитационного уплотнения вещества Земли и, возможно, ротационная энергия, связанная с вращением Земли вокруг оси.

К эндогенным процессам относятся: магматизм, метаморфизм, тектонические движения земной коры (эпейрогенез и орогенез) и землетрясения.

Магматизмом называют совокупность явлений, связанных с движением магмы к поверхности Земли. В зависимости от характера движения магмы и места ее застывания магматизм разделяют на эффузивный (или вулканизм) и интрузивный (или плутонизм). Почвы почти всей территории южной Италии, Новой Зеландии, Центральной Америки, Чили, Перу формируются под влиянием древнего и современного вулканизма. Поэтому в почвах этих районов наблюдаются десятки и сотни горизонтов погребенных почв. Свежие вулканические осадки как бы «омолаживают» почву, обогащают ее первичными минералами и соединениями микроэлементов. Вулканические почвы обладают устойчивым высоким плодородием.

При интрузивном магматизме (плутонизме) магма внедряется в земную кору, не достигнув поверхности Земли, немедленно застывает, образуя разнообразные по форме магматические телаинтрузии (батолиты, штоки, лакколиты, факолиты, лополиты, хонолиты).

Магматическая деятельность является основной причиной возникновения горного рельефа.

Процессы изменения и преобразования горных пород, происходящие внутри Земли, были названы метаморфизмом. При изучении этого процесса обратите внимание на причины и основные виды метаморфизма, среди которых выделяют контактовый метаморфизм, региональный и динамометаморфизм.

Тектоническими движениями называют перемещения вещества земной коры под влиянием процессов, происходящих в недрах Земли (в мантии, в глубоких и верхних частях земной коры).

Тектонические движения земной коры создают в течение длительного времени основные формы земной поверхности горы и впадины.

Выделяют два типа тектонических движений: складчатые и разрывные, или орогенические (создающие горы), и колебательные, или эпейрогенические (создающие континенты).

Все тектонические движения взаимно связаны, складчатые и разрывные движения могут переходить друг в друга, в результате их действия в земной коре происходят землетрясения, с ними связано формирование месторождений многих полезных ископаемых (нефть, каменный уголь и др.).

Колебательные (эпейрогенические) движения – наиболее распространенная форма тектонических движений. Это медленные вековые поднятия и опускания, которые постоянно испытывает земная кора.

Вековые колебательные движения имеют большое значение в жизни человечества. Постепенное повышение уровня суши меняет топографическую, гидрологическую, геохимическую обстановку почвообразования, приводит к усилению процессов эрозии, выщелачивания, появлению новых форм рельефа. Опускание суши ведет к накоплению механических, химических, биогенных осадков, заболачиванию местности.

Наряду с явлениями вековой продолжительности, существуют явления современной сейсмотектоники: землетрясения и моретрясения.

Движения земной коры (как медленные, так и относительно быстрые) играют определяющую роль в формировании современного рельефа земной поверхности и приводят к разделению поверхности на две качественно различные области – геосинклинали и платформы.

Экзогенные процессы – это процессы внешней динамики. Они протекают на поверхности Земли или на небольшой глубине в земной коре под влиянием сил, вызванных энергией солнечной радиации, силы тяжести, жизнедеятельности растительных и животных организмов и деятельности человека. К экзогенным процессам, преобразующим рельеф материков, относятся: выветривание, различные склоновые процессы, деятельность текучей воды, деятельность океанов и морей, озер, льда и снега, мерзлотные процессы, деятельность ветра, подземных вод, процессы, обусловленные деятельностью человека, биогенные процессы (рисунок 4).

Рисунок 4 – Процесс образования горных пород

В результате разрушения горных пород образуются различные продукты выветривания: подвижные, которые уносятся под влиянием силы тяжести, плоскостного смыва, и остаточные, которые остаются на месте разрушения и называются элювием.

Элювий представляет собой один из важных генетических типов континентальных отложений. Элювиальные образования, слагающие самую верхнюю часть литосферы, называются корой выветривания.

В результате выветривания горные породы подвергаются глубоким физическим и химическим изменениям и приобретают ряд новых свойств, благоприятных для жизни растений (воздухопроницаемость, водопроницаемость, скважность, влагоемкость, поглотительную способность, запас доступных организмам зольных элементов питания).

Непосредственно на рельеф выветривание оказывает небольшое влияние, но процессы выветривания разрушают горные породы, облегчая тем самым воздействие на них агентов денудации.

Деятельность ветра состоит из процессов дефляции (выдувание и развевание), корразии (обтачивание) переноса и аккумуляции (отложение).

Деятельность поверхностных текучих вод (флювиальные процессы). Сочетание процессов эрозии и аккумуляции и определяет образование форм эрозионного и аккумулятивного рельефов (рисунок 5).

Рисунок 5 – Образование делювия: 1 – делювий; 2 – аллювий; 3 – коренные породы

Временные потоки в виде неруслового стока (плоскостного смыва) переносят материал по склону и приводят к образованию делювиальных и пролювиальных отложений, являющихся своеобразным генетическим типом континентальных отложений.

Плоскостной смыв может легко перейти в линейный там, где на склонах появились неровности, нарушен растительный покров, в грунтах имеются трещины. Стекающие воды, собираясь в понижениях, задерживаются и размывают грунт. На месте начинающегося размыва сначала образуется рытвина, затем промоина и, наконец, овраг.

В отличие от временных потоков, реки являются постоянными русловыми потоками. Реки постоянно совершают не только эрозионную работу, но и работу по переносу и отложению материала (рисунок 6).

Пойма, террасы, коренные берега и долина в целом представляют собой результат миграции речного русла в плане и в вертикальном направлении. Направление смещения и его интенсивность целиком определяются положением базиса эрозии, тектоническими движениями и гидрологическим режимом водотока, зависящего от климата.

Рисунок 6 – Схема строения аллювия равнинной реки: 1 – русловой аллювий; 2 – пойменный аллювий; 3 – старичный аллювий; 4 – осыпи, 5 – делювий, 6 – коренные породы; 7 – уровень паводковых вод

В зависимости от преобладания в рельефе тех или иных форм принято различать морфологические типы флювиального рельефа (овражный, балочный, долинный), их сочетания (овражно-балочный, овражно-балочно-долинный) и динамические типы флювиального рельефа (эрозионный, эрозионно-аккумулятивный, аккумулятивный).

Деятельность морей и озер. Море занимает около 71 % земной поверхности и производит разнообразную работу по разрушению горных пород, переносу разрушенного материала и его накоплению и созданию новых горных пород, причем процессы аккумуляции осадков преобладают.

В формировании современного рельефа побережий играли роль неоднократная смена суши морем, в особенности трансгрессии в неогеновом и четвертичном периодах. Результатом этих трансгрессий являются морские аккумулятивные равнины Севера РФ и Северной Америки, Прикаспийской низменности, части Прибалтики и др.

В ходе береговых процессов также происходит разрушение (абразия) коренных пород берега, перенос продуктов разрушения и аккумуляция (рисунок 7).

Моря и океаны являются аккумуляторами не только того материала, который образуется в самой среде в результате абразии, но и того, который приносится другими агентами: реками, ледниками, ветром. Сложный процесс осадконакопления называют седиментацией. По происхождению и вещественному составу выделяют несколько типов морских осадков (терригенные, органогенные, химические).

Рисунок 7 – Разрушение берега морем – абразия

Деятельность озер сходна с работой моря и отличается от нее в основном лишь своими масштабами.

К подземным водам относятся все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород. Подземные воды – особый вид полезных ископаемых. Они приобретают все большее народнохозяйственное значение. Различные проявления их деятельности и взаимодействия с почвенными водами представляют конкретные объекты наблюдений почвоведов и агрономов.

Глубина залегания подземных вод, степень их минерализации оказывают большое влияние на свойства почв, характер растительности и происходящие в них процессы (оглеение, заболачивание, засоление), формируют ландшафтные особенности местности.

В карстовых областях ведущими являются процессы растворения и выщелачивания горных пород, которые, совершаются в условиях преобладающей вертикальной циркуляции грунтовых вод, в легкорастворимых и проницаемых горных породах. Все формы карстового рельефа подразделены на поверхностные и подземные формы. Необходимо знать, как образуются поверхностные карстовые формы – карры, воронки, колодцы, полья и подземные – пещеры, сталактиты, сталагмиты, подземные реки и озера.

Деятельность снега и льда. Ледники производят большую разрушительную и созидательную работу. Благодаря их деятельности видоизменяется рельеф земной поверхности, перемещается значительное количество обломочного материала и накапливаются разнообразные осадки.

Рельефообразующая деятельность льда заключается в разрушении (ледниковая эрозия, или экзарация), переносе и аккумуляции материала.

Следует отметить наиболее характерные формы рельефа, связанные с разрушительной деятельностью ледников в горах: кары, цирки, ледниковые долины (или троги), бараньи лбы и карлинги, – и с аккумулятивной: гряды морен и флювиогляциальные террасы.

Рельеф областей преобладания ледникового сноса представлен формами ледниковой обработки, штриховки и полировки: курчавыми скалами, бараньими лбами – и формами ледникового выпахивания: впадинами, котловинами.

Рельеф областей преобладания ледниковой аккумуляции представлен холмисто-моренным, конечноморенным, друмлинным ландшафтами (рисунок 8).

Рисунок 8 – Типы морен: 1 – поверхностная морена; 2 – внутренняя Морена; 3 – донная морена; 4 – боковая морена; 5 – коренные породы

Рельеф внеледниковых областей связан с деятельностью талых ледниковых вод и представлен зандровыми равнинами, приледниковыми озерами, озами и камами.

В послеледниковое время произошло изменение моренного и водно-ледникового рельефа под влиянием плоскостного смыва, солифлюкции, эрозии и тектонических движений (сглаживание холмов и заполнение озерных впадин, спуск озер, развитие овражно-балочной сети, образование пойм и террас, образование дюн).

Под вечной мерзлотой понимают такое состояние горных пород, при котором они в течение длительного времени (сотни и тысячи лет) сохраняют отрицательные температуры.

Наличие на небольшой глубине мерзлых горных пород вызывает развитие особых явлений (термокарст и солифлюкция) и создает своеобразный комплекс форм рельефа – солифлюкционные террасы (натечные формы), нагорные террасы (ступенчатые формы горных склонов), крупные торфяные бугры (при процессах пучения), наледи, гидролакколиты, полигональные образования.

Вопросы для выполнения задания и самостоятельной подготовки

1. Что изучает динамическая геология? Что понимают под эффузивным магматизмом? 2. Перечислите группы вулканов? 3. Какие геологические процессы называют эндогенными? 4. Какие геологические процессы называют экзогенными? 5. Какую роль в формировании рельефа играют эндогенные и экзогенные процессы? 6. Что понимают под тектоническими движениями земной коры? 7. На какие типы делятся тектонические движения? 8. Какую роль играют тектонические движения при формировании рельефа месторождений полезных ископаемых? 9. Что понимают под выветриванием горных пород? 10. Перечислите типы выветривания и факторы, под влиянием которых происходит процесс выветривания горных пород. 11. Что понимают под корой выветривания? 12. В чем заключается разрушительная деятельность ветра? 13. Что представляют собой процессы дефляции и коррозии? 14. Что представляют собой эоловые отложения? 15. В чем заключается разрушительная деятельность ледников? 16. Что такое морена? Какие виды морен встречаются? 17. Что такое флювио-гляциальные отложения? 18. Что такое водная эрозия? Перечислите типы водной эрозии. 19. В чем заключается разрушительная деятельность рек? 20. Какую геологическую работу совершают подземные воды? 21. Дать определение понятий «элювий», «делювий», «аллювий», «пролювий». 22. Что такое лесс и лессовидные породы? 23. При содержании каких минералов почва вскипает от HCl? 24. При содержании каких минералов глины бывают белые, желтые, красно-бурые? 25. Чем отличается горная порода от минералов? 26. Чем отличается горная порода от почвы? 27. Перечислите главнейшие формы рельефа земли. 28. На какие генетические группы подразделяются глобальные формы рельефа? 29. Перечислите основные типы рельефа суши. 29. В чем состоит связь геологии с почвоведением?

Оборудование и материалы. Образцы почвообразующих пород, лупы, 10 % раствор соляной кислоты в капельнице.

1.3 Рельеф, его роль в почвообразовании

Рельеф – это совокупность форм земной поверхности разных масштабов. Наука о рельефе, его строении и происхождении – геоморфология. В зависимости от размеров форм земной поверхности различают мегарельеф, макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф. Мегарельеф – это наиболее крупные неровности земной поверхности – материковые массивы и океанские впадины. Макрорельеф – крупные формы земной поверхности, занимающие большую площадь, с колебаниями высот, измеряемыми сотнями метров и километрами (горные хребты, плоскогорья, равнины). Мезорельеф – формы рельефа средних размеров с колебаниями высот, измеряемыми метрами и десятками метров (склоны, ложбины, балки, террасы и др.). Микрорельеф – мелкие формы рельефа, занимающие незначительные площади, с колебаниями высот в пределах одного метра (западины, блюдца, бугорки и др.). Разновидностью микрорельефа является нанорельеф – самые мелкие формы рельефа с колебаниями высот в пределах 30 см: кочки, неровности, связанные с обработкой почвы (борозды, гребни и др.).

Рельеф создается в результате одновременного воздействия на земную поверхность эндогенных (тектонических) и экзогенных сил, возбуждающих деятельность денудационных процессов: текущей воды, ветра, льда и т.д., гравитационных сил и пр. Те и другие силы действуют антагонистически. Эндогенные – создают крупные неровности, экзогенные – разрушают и понижают положительные формы рельефа и заполняют продуктами разрушения отрицательные формы.

Рельеф играет большую роль в процессах функционирования биосферы и в почвообразовании. Мега– и макроформы рельефа (материки, океаны, горные системы) участвуют в формировании воздушных масс и перераспределении тепла и влаги по земной поверхности, определяя климатические и погодные условия, а через них – макроэкосистемы с характерным почвенным покровом. Наглядным примером этого является вертикальная поясность в горах.

Мезо– и микроформы рельефа перераспределяют тепло и влагу в пределах склонов, повышений и понижений. Они определяют особенности микроклимата и глубину залегания грунтовых вод, тем самым формируя мезо– и микроэкосистемы с характерными особенностями почвенного покрова. Мезо– и микрорельефы определяют размер и форму элементарных почвенных ареалов, образующих различные почвенные комбинации (сочетания, комплексы и др.) в структуре почвенного покрова.

Большое влияние рельеф оказывает на формирование агроэкосистем и хозяйственную деятельность человека. В качестве примеров можно привести земледелие горное и на равнинах, противоэрозионные системы земледелия на склонах. В последние годы разрабатываются адаптивно-ландшафтные системы земледелия, в которых рельеф является одним из ведущих факторов выбора культуры и технологий их выращивания.

С перераспределением влаги по элементам рельефа связана миграция твердых веществ с поверхностным стоком и растворенных – с поверхностным и внутрипочвенным стоком. Эти процессы обусловливают геохимические особенности ландшафтов, интенсивность процессов денудации и антропогенной эрозии.

С учетом внешнего вида (морфологии) и происхождения (генезиса) выделяются следующие морфогенетические типы рельефа (по К.К. Маркову): 1) горный (структурно–тектонический); 2) структурный (пластовый); 3) скульптурный (эрозионный); 4) аккумулятивный (насыпной).

Горный, или структурно-тектонический тип рельефа подразделяется на несколько подтипов.

Высокогорный рельеф характеризуется самой высокой амплитудой колебаний высот и самыми высокими абсолютными высотами, значительной крутизной склонов с острыми вершинами, лишенными растительности. Рыхлые отложения здесь не накапливаются, и формируются слаборазвитые маломощные почвы. Этот тип рельефа характерен для горных систем Кавказа, Памира, Алтая и др.

Альпийский рельеф имеет черты высокогорного, но со значительным участием рыхлых ледниковых отложений в нитеобразных понижениях на склонах и в долинах, на которых широко распространены альпийские луга, используемые под пастбища. Альпийский рельеф распространен в горах Кавказа, Памира, ТяньШаня, встречается в более низких горных системах на Урале и в горах Сибири.

Нагорья представляют собой высокогорные выровненные поверхности со значительной мощностью рыхлых отложений и сформированными почвами. Распространены в Закавказье, Восточном Памире, Алтае, Саянах, Становом хребте, горах северо-восточной Сибири. Здесь широко распространены альпийские луга и местами развито высокогорное земледелие.

Среднегорный рельеф характеризуется более низкими абсолютными высотами с амплитудой относительных колебаний высот от 0,5 до 2,0 км. Склоны менее крутые, поэтому покрыты щебнистым материалом и, как правило, находятся под лесами. Распространены практически во всех горных системах России.

Низкогорный рельеф характеризуется низкими абсолютными отметками и амплитудой относительных колебаний менее 0,5 км. Распространен этот тип по окраинам высоких и среднегорных систем.

Сельговый рельеф характеризуется амплитудой относительных колебаний в пределах 100-200 м. Межгрядовые долины заполнены ледниковыми отложениями. Встречается в Карелии и на Кольском полуострове.

Структурный, или пластовый тип рельефа представлен плоскими, горизонтально залегающими пластами осадочных пород, устойчивыми к процессам денудации. В этом типе рельефа также выделяется несколько подтипов.

Плоскогорья высотой до 1 км, наибольшее распространение имеют в Средней Сибири.

Плато имеют высоту до 400 м. Распространены на северозападе и востоке Европейской части России.

Куэсты – узкие плато, имеющие наклон в одну сторону. Распространены в Крыму и на Северном Кавказе.

Скульптурный, или эрозионный тип рельефа представлен равнинами, которые образовались в результате речной и плоскостной эрозии, морской абразии. Они имеют разную степень расчленения. Мощность четвертичных отложений более высокая в нижних частях склонов и в понижениях. Эрозионный тип рельефа характерен для Среднерусской, окраинных частей Окско-Донской и Среднеднепровской возвышенностей и Западно-Сибирской низменности.

Аккумулятивный, или насыпной тип рельефа характеризуется накоплением рыхлых четвертичных отложений в областях погружения. Он включает несколько подтипов.

Аллювиальные равнины – это слабо пониженные плоскохолмистые и плосковолнистые территории, охватывающие значительные части бассейнов крупных рек и их притоков. Они имеют мощную толщу четвертичных отложений, до нескольких десятков метров, представленных современными и древнеаллювиальными песчаными и суглинистыми отложениями. Аллювиальные равнины слабо расчленены, часто заболочены. К аллювиальным равнинам относятся Ярославско-Костромская, Марийская. Огромная озерноаллювиальная равнина расположена на юге Западной Сибири в бассейнах рек Иртыша и Тобола.

Ледниковый и водно-ледниковый аккумулятивный рельефы представлены холмистыми, холмисто-увалистыми равнинами, сложенными моренными и водно-ледниковыми отложениями. Такие рельефы занимают большие площади на северо-западе и севере европейской части России и на севере Западно-Сибирской низменности. Они представлены зандровыми равнинами в виде плоских конусов выноса подледниковых потоков и специфических моренных образований в виде холмов и валов высотой 20–25 м, получивших название озы, камы, друмлины.

Морской аккумулятивный рельеф представлен плоскими и плоско-волнистыми формами на побережье Северного Ледовитого океана и в Прикаспийской низменности. Они сложены морскими отложениями.

Эоловый аккумулятивный рельеф имеет наибольшее распространение в песчаных пустынях Средней Азии, а также на побережьях морей и озер. Для них характерны такие формы, как барханы, бугристые и грядовые пески. Приморские, приозерные и приречные пески образуют дюны.

Перечисленные типы и подтипы характеризуют основные формы макрорельефа.