Глава 13. Геологическая деятельность ветра

На поверхности Земли постоянно дуют ветры, совершая при этом определенную геологическую работу. Процессы, изменяющие поверхность земной коры под действием ветров, называют эоловыми (по имени древнегр. бога ветра – Эола).

Геологическая работа ветра свойственна всей поверхности Земли, но наиболее сильно она проявляется в пустынях, долинах рек и на морских побережьях. Нередко ветры носят ураганный характер. В качестве примера можно привести район г. Новороссийска, где была отмечена скорость ветра 50-60 м/с. Чтобы представить последствия таких ураганов достаточно сказать, что уже при 16-18 м/с ветер может срывать крыши домов, а при 19-21 м/с – вырывать с корнями деревья.

В целом процесс геологической деятельности ветра можно разделить на три вида работы: 1) разрушение земной поверхности, 2) перенос и 3) отложение продуктов разрушения.

Разрушительная деятельность ветра проявляется в виде дефляции и корразии.

Дефляция– это разрушение горных пород за счёт выдувания из неё отдельных частиц механической силой ветра.

Выдувание наиболее сильно проявляется в рыхлых и мягких породах, таких как суглинки, супеси, пески, солончаки. Выдуваются котловины, борозды, каналы. Имеются случаи, когда котловина имела длину до 140 км, ширину от 2 до 10 км и глубину 100-150 м. Интенсивно могут выдуваться слои почв. Активность выдувания возрастает после нарушения дернового покрова и вырубки кустарников и деревьев. Котловина выдувания показана на рис. 48. На этом фото также видны выветрелые скалы.

Рис. 48. Котловина выдувания

Корразия (обтачивание) – это разрушение горных пород, строительных материалов и сооружений под постоянными (или периодическими) ударами частиц песка, пыли, а иногда и гравия, переносимых ветром.

Ударяясь о препятствия, частицы обтачивают поверхность, выбирают углубления. За счёт корразии в пустынях разрушаются столбы электропередач, дорожные насыпи, железобетонные элементы дорог, здания.

Перенос продуктов разрушения. Во взвешенном состоянии ветер переносит глинистые, пылеватые и тонко пылеватые частицы.

Перенос может достигать сотни и тысячи километров. Более крупные частицы песков ветер перемещает перекатыванием по поверхности земли. Длина пути составляет и сотни метров и несколько километров - всё зависит от скорости ветра.

Отложение продуктов разрушения (аккумуляция). При уменьшении скорости (или вообще после прекращения) ветра происходит отложение переносимого материала.

Так образуются ветровые (эоловые) отложения. В большинстве случаев это отложения песка или пыли.

Передвижение в воздухе пыли приводит к потере его прозрачности, но это бывает непродолжительное время. Передвижение в воздухе (или перекатыванием по земле) и накопление песков имеет существенное значение. Эоловые пески разделяют на закреплённые и подвижные.

Закреплённые пески распространены в полупустынях. Это так называемые грядовые и бугристые пески. Их движение остановлено растительным покровом.

Подвижные пески под действием ветра могут перемещаться, что делает их опасными. В пустынях это барханы, (рис. 49) сложенные подвижным песком. Известны случаи, когда скорость движения барханов составляла несколько метров в сутки. Такие пески легко засыпают не только дороги, но и здания, а также целые территории. На берегах морей и в речных долинах подвижные пески образуют дюны в виде холмообразных накоплений, высота которых иногда бывает значительной (до 20-40 м и даже более 150 м – дюна на Куршской косе в г. Неринга-Нида), эти холмы передвигаются за счёт перекатывания песчинок с одной на другую сторону холма. Скорость движения небольшая (до 10 метров в год). Дюны обычно образуют цепь холмов.

Рис. 49. Схематическое изображение бархана

В конце ХХ века при изучении пустыни Сахары было установлено, что пески под действием ветров могут перемещаться не только в виде барханов и дюн, имеются другие способы движения – площадные. Эти площадные формы песков были названы «шевронами». Они имеют длину несколько километров, ширину в сотни метров и толщину слоёв песка до 10 см. Шевроны слагаются из очень тонких песков и могут перемещаться в отличие от барханов и дюн со скоростью до 500 метров в год.

Строительство и эксплуатация сооружений в районах, где дуют сильные и постоянные ветра, требуют применения защитных мероприятий, т.к. возведение сооружений изменяет условия движения ветропесчаного потока. В образовавшихся зонах затишья возникают песчаные отложения, а в местах образования воздушных завихрений возможно выдувание песка и глинистых частиц, из которых отсыпаны насыпи. Поэтому откосы земляного полотна и выемок необходимо укреплять слоями глины, камнем, плитами. Все конструкции должны обладать повышенной прочностью для того чтобы они могли противостоять корразии.

С подвижными песками следует бороться постоянно. Движение дюн можно останавливать посадкой деревьев. Хорошо приживаются на них хвойные деревья. Сложнее останавливать движение барханов. Для этого используют следующие мероприятия:

1) в пределах полосы отвода хорошо планируют поверхность земли, насыпи делают не высокие; это позволяет ветру переносить песок через препятствия;

2) вдоль трасс осуществляют посадку широкой полосы трав и песколюбивых кустарников (саксаул, черкез или кандым); это создаёт долговременную защиту, но для создания таких полос требуются годы;

3) создание механической защиты в виде ограждений щитами, создающих зоны затишья, в которых откладывается песок; за работой таких щитовых ограждений необходимо постоянное наблюдение;

4) в отдельных случаях для закрепления движущихся песков возможна пропитка их твердеющими растворами, например, даёт хороший эффект пропитка битумными эмульсиями.

Важное значение имеет определение направления ветров. Для этого при проектировании используют розу ветров, представляющую собой схему, показывающую направление основных ветров на данной территории в какой-то отрезок времени (года, ряда лет, постоянно).

Глава 14. Геологическая деятельность поверхностных вод.

14.1. Геологическая деятельность атмосферных осадков

В процессе круговорота воды в природе атмосферные осадки выпадают на земную поверхность и частично стекают по ней, образуя временные водные потоки. Такие же потоки возникают при сезонном таянии выпавшего снега и образовавшегося в зимний период льда. Вода этих потоков в течение относительно короткого отрезка времени растекается по поверхности земли в сторону естественных понижений рельефа, совершая при этом значительную геологическую работу – разрушает горные породы, переносит и откладывает продукты разрушения, создаёт специфические формы рельефа.

В общем виде любое разрушающее (размывающее) действие текучей воды носит наименование «эрозии».

По характеру движения временные потоки поверхностных вод делят на: плоскостные и струйчатые.

При плоскостных потоках вода по поверхности земли стекает в виде многочисленных мелких струек, которые образуют фактически сплошной поток. Такой поток одновременно размывает всю поверхность земли. Этот процесс называют «плоскостная эрозия». Плоскостной поток в соответствии с рельефом местности постепенно разбивается на отдельные струи (ручьи), которые начинают размывать землю по отдельным полосам. Это уже «струйчатая эрозия», которая приводит к образованию промоин и оврагов (рис. 50).

В процессе геологической деятельности поверхностные воды формируют современные наносы, образуют овраги, создают сели и снежные лавины.

Рис. 50. Овраг

Продукты выветривания пород (т.е. элювий) плоскостными потоками воды смываются с возвышенностей на склоны и к их подножию. В перемещении принимают участие глинистые, пылеватые и песчаные частицы и даже более крупные обломки. Со временем на склонах и в пониженных частях рельефа образуются наносы:

а) образованные в результате плоскостной эрозии и отложенные преимущественно на склонах, носят название делювиальных отложений (делювия);

б) образованные струйчатой эрозией и отложенные в понижениях, примыкающих к склонам, носят название пролювиальных отложений (пролювия).

Делювий(dQ) покрывает пологие склоны и литологически представлен суглинками, супесями, иногда песками с включениями щебня.

На равнинах это обычно суглинки и супеси. Мощность делювия возрастает к основанию склонов, достигая в горных районах десятки метров, а на равнинах – нескольких метров. Для этих отложений характерны оползневые процессы.

Пролювий (рQ) представляет собой разнохарактерные по литологическому составу и геологическому строению наносы.

В многометровых толщах суглинки и супеси нередко переслаиваются с песками, щебнем. Пролювиальные отложения большое развитие имеют в подошвах горных склонов (предгорные шлейфы). Большое количество пролювиального материала своим образованием обязаны грязекаменным потокам (селям), а также временным потокам в оврагах.

Овраги – это глубокие промоины на склонах рельефа, которые образуются в результате эрозионной деятельности временных потоков поверхностных вод.

Овраги типичны для равнин и наиболее активно вырабатываются в легко размываемых осадочных породах (песках, лёссах, супесях). Так, в степных районах, где очень большое распространение на поверхности Земли имеют лёссовые образования, овраги имеют исключительно широкое развитие. На том этапе, когда овраг достигает значительной глубины -вскрывается подземная вода и в овраге возникает постоянный водоток, что усиливает его развитие, но теперь уже преимущественно вширь.

На рис. 51 показан овраг в плане и продольном разрезе. В овраге различают вершину, устье, ложе и борта. Растёт овраг движением от устья вверх по склону и при этом углубляется и расширяется за счёт размыва ложа и бортов. Развитие оврага заканчивается, когда дальнейший размыв ложа становится невозможным в связи с тем, что абсолютная отметка низшей точки устья сравнялась с уровнем бассейна (озеро, река и т.д.), в который впадает водоток оврага. Этот уровень называют базисом эрозии.

Рис. 51. Схема развития оврага

Все овраги разделяются на активные, т.е. развивающиеся, и неразвивающиеся, которые называют балками. Активный овраг имеет небольшую ширину в сравнении с глубиной, обрывистые борта, часто без растительности.

Балки– это овраги, которые прекратили своё развитие, но оно может возобновиться, если снизится уровень базиса эрозии.

На рис. 52 показана балка в степном районе. В устье оврагов и балок всегда располагаются наносы, так называемый конус выноса, состоящий из продуктов размыва в виде песчано-глинистого материала. Скорость размыва оврагов зависит от рельефа местности, характера размываемых пород и активности водотоков. На равнинах в лёссовом покрове скорость размыва может достигать от метров до десятков метров в год.

Рис. 52. Балка

Активные овраги опасны для сооружений. На сегодня существует много способов борьбы с оврагами. Меры борьбы (мероприятия), прежде всего, носят профилактический характер, т.е. останавливают развитие оврагов: 1) вершины оврагов оконтуривают системой водоотводящих (нагорных) облицованных канав, что исключает доступ воды в овраги; 2) вершины оврагов бетонируют; 3) вдоль продольной оси оврагов ставят поперечные стены, которые гасят скорость размывающей воды; 4) рядом с насыпями, которые пересекают овраги и имеют водопропускные трубы, борта оврагов укрепляют стенами или облицовывают плитами. Мелкие овраги глубиной до 2 м можно засыпать землёй, но это даёт эффект только в том случае, если этот участок окружен хорошей системой отвода поверхностных вод. В противном случае овраг может возобновить своё развитие.

В борьбе с оврагами всегда следует использовать посадку древесной растительности. В период эксплуатации необходимо проводить постоянное наблюдение за состоянием оврагов и балок.