Геологическая деятельность подземных вод

Геологическая работа подземных вод ярче всего проявляется в процессах карста, суффозии и образования оползней.

Карст – это совокупность геологических процессов, обусловленных растворением и размывом горных пород движущимися водами, и ведущих к образованию отрицательных форм рельефа на поверхности Земли и различных пустот на глубине. Среди водорастворимых горных пород можно назвать каменную и калийную соли, гипс, карбонатные породы. Хотя легче всего растворяются соли и гипс, но карстовые формы чаще всего связаны с гораздо шире распространенными карбонатными породами. Карстовые формы подразделяются на поверхностные (открытые) и подземные (закрытые). Вначале развивается поверхностный карст, мельчайшие формы которого называются карры – это борозды, рытвины и разной формы углубления, возникшие на обнажающейся поверхности растворимых горных пород. Карры образуются под действием атмосферных осадков. Поскольку карбонатные породы в большей или меньшей степени трещиноваты, разрастание карров сопровождается размывом и расширением трещин. Так образуются поноры– наклонные или вертикальные колодцы, по которым поверхностные воды уходят под землю. Дальнейшее развитие этих процессов ведет к возникновению карстовых воронок– обширных углублений, диаметром до 100 метров и больше, и глубиной до 20 метров. Если воронка образовалась благодаря слиянию карров и расширению верхней части понор, то склоны воронки будут пологими. При образовании карстовой воронки в результате обрушения свода подземной карстовой пустоты, склоны могут достигать значительной крутизны. Разрастание карстовых воронок или обрушение кровли крупной карстовой полости ведет к формированию карстовых котловин и польев,имеющих вид замкнутых понижений с плоским дном и крутыми склонами, высотой до нескольких сот метров. Расширение и углубление понор и трещин влечет образование карстовых колодцев, шахт и пропастей– наклонных или вертикальных форм, глубиной до километра и более. В результате поверхностного карста русло реки может нырнуть в понор или трещину – возникают слепые долины рек. Развитие подземного карста начинается, когда формы открытого карста позволят поверхностным водам проникать под землю, растворяя породы, перекрытые слоями нерастворимых отложений. Крупнейшими из подземных форм являются карстовые пещеры, возникающие как в горах, так и на равнинах. Пещеры представляют собой системы соединяющихся друг с другом наклонных и горизонтальных туннелей, часто располагающихся на нескольких вертикальных уровнях. В лабиринтах переходов из-за растворения, размыва пород или обрушения кровли образуются гигантские по площади и высоте залы (гроты).

Аккумулятивная работаподземных вод в карстовых районах проявляется, в первую очередь, в образовании всевозможных натечных форм.Выпавшие на поверхность атмосферные осадки содержат много растворенного углекислого газа, поэтому, просачиваясь по трещинам, легко растворяют известняки и насыщаются бикарбонатом. После выхода воды на стенки или потолок пещеры, часть углекислоты испаряется, и бикарбонат переходит в карбонат кальция. Последний частично выпадает в осадок, давая начало образованию сталактитов, занавесей, фестонов и других форм, свисающих со свода пещеры. Остатки карбоната кальция выделяются из упавшей капли воды на полу пещеры. Тогда снизу вверх идет рост сталагмитов.Если сталактит срастается со сталагмитом, то возникает сталагнат, или колонна.Кроме того, на дне пещер или в местах выхода на поверхность источников, берущих начало в карстующихся породах, накапливаются пористые, губчатые известковые туфы (травертины). В областях древнего карста на дне воронок и пещер накапливаются нерастворимые глинистые остатки карбонатов, обогащенные красноцветными гидроокислами железа и алюминия. Такие плодородные образования называют «терра-росса» (красная земля). На дне пещер встречаются отложения пещерных рек и озер, а также обвально-осыпные отложения.В холодном климате возможно образование ледяных натечных форм в пещерах. С деятельностью гипертермальных подземных вод связано накопление кремнистых туфов (гейзеритов), месторождений некоторых цветных металлов.

22.Современные представления о биосфере на основе концепций В.И.Вернадского. Роль живых организмов в развитии атмосферы, гидросферы и литосферы.

Биосфера (греч. bios – жизнь, sphaira – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

Впервые термин «биосфера» был введен в науку геологом из Австрии Эдуардом Зюссом в 1875 г. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказалась на­столько велика, что уже в первой трети XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании - уче­ние о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый В. И. Вернадский.

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) - внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним - лито­сфера, гидросфера, атмосфера и сложная обо­лочка Земли - биосфера.

Живое вещество на Земле

Роль живого вещества в атмосфере. Земная атмосфера, по словам В.И. Вернадского – это «создание жизни». Весь свободный кислород в современной атмосфере имеет биогенное происхождение. В настоящее время это положение оспаривается. Кислород выделяется из пород литосферы в процессе происходящих в них геохимических процессов. Его содержится 2,8·10¹⁴ т. Последние 200 млн. лет, содержание кислорода в воздухе остается постоянным за счет фотосинтеза растений. Появление кислорода изменило многие свойства Земли. Озоновый слой стал задерживать ультрафиолетовые лучи, губительные для живых организмов. Усилились процессы выветривания пород, так как кислород – сильный окислитель. При отсутствии его в атмосфере состав литосферы на Земле был совершенно иным. Так, железистые кварциты КМА, а также железорудные месторождения Сибири образовывались в докембрийское время. Это закисные формы железа, которые формируются при малом количестве кислорода. В последующие геологические эпохи таких скоплений железных руд на Земле не было. В атмосфере появился кислород и стали образовываться окисные формы железа, которые более подвижны и крупных месторождений создавать не могут.

Азот атмосферы усваивается растениями, а животные получают его из растительной пищи. Но главная роль в фиксации азота принадлежит почвенным бактериям. Его содержание в атмосфере составляет 3,8·10¹⁵ т. Возвращается в атмосферу азот благодаря деятельности других бактерий – денитрификаторов. Без них большая часть атмосферного азота оказалась бы в связанном состоянии в океане и в осадочных горных породах.

Углерод. За время существования на Земле фотосинтезирующих организмов их атмосферы в земную кору перешло большое количество углерода. В современной атмосфере его содержится 7·10¹¹ т. Баланс углерода связан с деятельностью организма, поглощающих и выделяющих углекислый газ. Однако этот баланс местами нарушается хозяйственной деятельностью организма и выбросами в окружающую среду больших объемов углерода.

Таким образом, современная атмосфера – это продукт жизнедеятельности организмов, в том числе человека, определяющих, регулирующих и изменяющих ее состав.

Роль живого вещества в гидросфере. Так же сильно действует живое вещество на гидросферу. Организмы непрерывно потребляют и выделяют воду. Особенно интенсивен процесс транспирации, то есть испарения влаги растениями. Так, лесная растительность Земли ежегодно испаряет 50 млн. км³ воды. Газовый и солевой состав вод суши и океана во многом зависит от организмов, живущих в воде, а также на площади водосборных бассейнов. За счет них в воду поступают: углекислый газ, гуминовые вещества, соединения серы, фосфора, азота и др. элементы. В результате вода становится химически активной, то есть повышается ее способность растворять химический соединения. Микроорганизмы, живущие на дне озер и морей, а также в подземных водах, способны отнимать кислород у сульфатов, нитратов, марганца, гидроокислов железа, что приводит к образованию сероводородных вод и вод, содержащих метан.

Роль живого вещества в литосфере. Воздействие живого вещества на литосферу проявляется:

1. В разрушении горных пород;

2. В образовании особых, органогенных пород.

Процесс выветривания горных пород происходит при непосредственном участии организмов, действующих на них как механически, то есть корневой системой, так и химически – продуктами своей жизнедеятельности. Органогенными породами являются известняки, мела и большинство кремниевых пород, то есть трепела и опоки. Например, мел на юге Воронежской области состоит из раковин фораминифер. Они очень мелкие и видны лишь под микроскопом. Органическое происхождение имеют также известняки, состоящие из остатков кораллов и моллюсков, которые строили свои организмы из карбонатов. В нашем регионе в девонское время отмечался рассвет жизни таких организмов. В результате образовались мощные толщи (до 700) известняков в Курской, Орловской, Липецкой, Тамбовской областях и на севере Воронежской области.

Органогенными также являются: торф, бурый и каменный угли, горючие сланцы, нефть и газ. Запасы органического вещества в земной коре – огромны. Они во много раз превосходят объем живого вещества. Так, запасы углерода, заключенного в горючих ископаемых составляет, в среднем, 200 т/га земной поверхности. В осадочных породах содержится 2·10¹⁶ т. органического углерода. Все породы органогенного происхождения занимают 1/3 поверхности суши. Деятельность организмов на Земле привела к изменению химического состава воды, так как огромное количество CaCO₃ было выведено из состава гидросферы. Как видно, живые организмы являются очень мощной геохимической силой на нашей планете. Вернадский писал: «убери живое вещество на Земле, наступило бы химическое однообразие, однотонность и очень бы медленно протекали на ней все процессы».