Гравітаційні процеси

Гравітаційні процеси - розділ Механіка, Для студентів географічних спеціальностей Гравітаційні процеси (від Латин. Gravit.

Гравітаційні процеси (від латин.gravitas– тяжкість) – це процеси, пов'язані зі зміщенням уламків корінних порід під дією сили тяжіння. Динамічні агенти (текуча вода, вітер та інших.) у своїй участі або беруть зовсім, чи роль їх невелика. Отже, для протікання гравітаційних процесів потрібні особливі умови: перетнутий рельєф місцевості зі значними ухилами поверхні, наявність уламків на схилах, наскрізна тріщинуватість корінних порід, існування підземних порожнин. Гравітаційні процеси полягають в обповзанні або скочуванні, обсипанні або обваленні одиничних уламків і великих масивів порід, або пластичного перебігу насичених водою грунтів. В результаті об'єми гірських порід переміщаються вниз по схилу і віддаляються від нього, змінюючи крутість схилу і рельєф підніжжя. Накопичення по петрографічному складу, що виникають, ідентичні породам схилу. Їм властива несортованість уламків, через що шаруватість не виражена, а якщо зрідка і проявляється, то пов'язана з повільним ковзанням просочених водою дрібнодисперсних порід. Форма великих уламків також визначається породами схилу: якщо обрушуються продукти вивітрювання скельних порід, то накопичуються незграбні уламки (брили, щебінь), якщо ж обсипається накопичений річкою алювій, то осип буде складена обкатаними зернами гравію або гальки.

Гравітаційні процеси поділяють на обвальні, осипні, зсувні, соліфлюкційні, провальні та інші. Складовою цих процесів, зазвичай, служить явище крипа.

Крип(від англ.creep- повзти, сповзати) - це повільне гравітаційнесповзання схилом гірських порід під впливом періодичної зміни обсягу грунтів. Виділяють такі види крипу:

- температурний крип (зумовлений коливаннями температури);

- мерзлотний крип (викликаний поперемінним промерзанням та відтаванням);

- гігрогенний крип (через набухання та усадку глин при зволоженні та висиханні).

Обвальні іосипні процеси протікають на крутих схилах під дією однієї лише сили тяжіння. Після обвалів та осипів на схилах і біля підніжжя накопичуються несортовані маси уламків, формуючи конуси та шлейфи різної потужності та площі. Обвальні та осипні відкладення інакше називаються колювієм (від латин.colluvio- скупчення).

Обвали приурочені до стрімких, вертикальних схилах гір, районів розвитку поверхневого карсту, берегів морів і водойм, гірничих виробок. Обвальним процесам сприяють тріщини, що розсікають породи паралельно поверхні схилу. Вивітрювання розширює такі тріщини, в результаті блок гірських порід відокремлюється від схилу, згодом нахиляється все сильніше і нарешті обрушується цілком або частинами. Після обвалу крутість схилу різко збільшується - виникають вертикальні площини зриву. Якщо ж обвалення залучаються і внутрішні частини схилу, то формуються площини з негативним нахилом і ніші зриву. Падаючи з великої висоти, важкі блоки дробляться на дрібніші уламки незграбної форми, тому обвальний колювій, як правило, представлений великими і середніми брилами, щебенем. Значно рідше зустрічаються накопичення, складені піщаними, алевритовими або глинистими фракціями.

Найбільші обвали спостерігаються у поясах землетрусів. Сейсмічні обвали відрізняються гігантськими обсягами залучених до них ґрунтів, великою відстанню зміщення такатастрофічними наслідками. Такі особливості зумовлені такими причинами. При сильних землетрусах через земну кору проходять серії сейсмічних хвиль із короткими періодами та великою амплітудою. В результаті земна поверхня починає вібрувати, подібно до гігантського гуркоту. Маси грунтів, обрушуючись на поверхню, що тремтить, набувають високу рухливість. Цей ефект може посилитись, якщо обвал стискає під собою великий об'єм повітря – тоді маси уламків мчать на своєрідній повітряній подушці, отримуючи можливість долати навіть зустрінуті гірські хребти. Ймовірно, найбільший із сейсмообвалів стався близько 2 000 років тому на південному заході Ірану, в горах Загрос. Зі скелястих схилів обрушилася і роздробулася 300-метрова потужність товща вапняків. Скальний обвал увірвався в долину річки Сеймерре, зрізав і захопив алювіальні відкладення, і помчав далі колосальним валом заввишки до 400 м. Пройшовши близько 13 км, цей вал натрапив на 600-метрову висоту через гірський хребет, але не зупинився, але не зупинився. далі, подолавши ще 3 км. У результаті пройдена відстань становила 16 км, обсяг переміщених порід досяг 20 км 3 , які зміщення по вертикалі перевищило 1 500 м.

Обвальні та сейсмообвальні відкладення формують безладно-горбистий рельєф зі значними перепадами висот (до 25 м і більше) та крутими схилами.

Осипами називають процеси поступового скочування або ковзання уламків по схилу. На відміну від обвалів, осипи не мають катастрофічного характеру. Найчастіше відбуваються у горах; на рівнинах приурочені до крутих берегів морів, річок, озер, схилів ярів і стін гірських виробок. У горах обсипанню сприяють тріщини, паралельні поверхні схилу. Вивітрювання розширює і розгалужує цітріщини, прискорюючи дезінтеграцію порід і роблячи їх дедалі рихлішими і нестійкими. При обсипанні уламків формується колювіальний конус, прихилений до нижньої частини схилу. Накопичення осипного колювію нерідко супроводжується каменепадами, особливо активними під час дощів та танення снігів.

Рух уламків регламентується силою зчеплення між ними:

F=m· g· sinα,

деm– маса уламка,g– прискорення вільного падіння, α – кут нахилу поверхні схилу.

Отже, чим більший розмір уламків, що складають конус, тим міцніше вони пов'язані один з одним, а значить, тим менша ймовірність обсипання конуса. Осипання триває до того часу, поки нахил поверхні схилу досягне кута природного укосу – своєрідною кривою рівноваги. Кут природного укосу щебнистого осипу вбирається у 40°, а дресво-піщаної 33°. Якщо ж камнепад почався, то найшвидше рухається крута вершина конуса: звідси стрибками мчать вниз валуни, дроблячись при ударах і руйнуючи кам'яний матеріал поверхні. В результаті, до підніжжя осипу скочуються найбільші уламки, а на вершині зберігаються найдрібніші. Таким чином, у розрізі осипу закладаються деякі ознаки сортованості: чим ближче основа конуса, тим більша і важча уламки. Згодом колювіальні конуси зростаються один з одним, формуючи шлейфи, що обрамляють підніжжя.

Зсувом називають відрив і моментальне ковзне зміщення вниз схилом монолітних блоків грунтових мас і шаруватих гірських порід. Поштовхом до початку зміщення можуть послужити різні причини: ліквідація упору шару на підставі схилу (наприклад, підмив схилу річкою); землетрус; зростання маси та пластичності опадів при насиченні їх водою; виникненнядодаткових навантажень під час будівництва інженерних споруд.

Для утворення зсуву необхідні такі умови:

- крутість схилу повинна становити від 15 до 35 °;

- на поверхні схилу повинні залягати маси пухких опадів;

- пухкі опади повинні підстилатися похилим водоупором з гладкою поверхнею.

Тоді при змочуванні водоупору підземними водами порушиться зчеплення між ґрунтами і виникне небезпека ковзання. Під час ковзання верхня частина схилу спрямовується вниз єдиним масивом, діючи дислокуючий вплив на нижчі шари і, іноді, навіть на верхню частину водоупору. Зневірившись до підніжжя, зсув вдаряється об породи ложа долини, і видавлює їх, створюючи бугор випирання. При ковзанні і ударі верхня частина зсуву розсікається тріщинами і розбивається окремі блоки, ускладнюючись скиданнями. У складі зсувних відкладень виділяють три зони: верхню, нижню та зону брекчування (рис. 1).

§ Верхня зона представлена ​​блоками (шаровами) пухких корінних порід схилу, що змістилися. Ці блоки (шари) не зазнали порушень внутрішньої текстури.

§ Нижня зона також складена породами схилу. Але шари тут роздроблені, зім'яті в складки, розсічені скиданнями та насувами.

§ Зона брекчування формується на межі зсувного тіла та площині ковзання. Її складають перенасичені водою уламки пухких та водотривких порід.

У рельєфі зсуви виражені бугристими або ступінчастими схилами, що нагадують тераси.

Мал. 1. Схематичний розріз зсуву

(за А. К. Агаджаняну та ін, 1987):

А – верхня зона, Б – нижня зона, У – зона брекчування.

Соліфлюкція (від латин.solum– ґрунт, ґрунт;fluxus– текти) – процес повільногосповзання по схилу протаивающих перезволожених ґрунтів під дією гравітації та поперемінного промерзання – відтавання. Найбільш активна соліфлюкція у високих та помірних широтах, і відповідних поясах у горах. При переходах температури через 0 ° С корінні породи піддаються дезінтеграції. Талі води просочують пухкі продукти вивітрювання, останні переходять у пластичний стан і починають повільно ковзати по мерзлій поверхні пагорба, що не протає серцевини. Продукти, що накопичуються на схилі, називають соліфлюксієм. Під дією соліфлюкції поверхня схилу ускладнюється натічними утвореннями: соліфлюкційними терасами, валами, потоками та ін. Великі уламки в соліфлюксії завжди орієнтовані довгими осями у напрямку схилу. Інтенсивність соліфлюкції визначається ухилом поверхні, складом ґрунтів та ступенем їх обводненості. Так, активність процесу зростає в міру зменшення розміру уламків та збільшення вмісту води. Залежно від конкретних умов швидкість руху становить від кількох десятків метрів на рік до часток міліметра. Відповідно розрізняють соліфлюкцію швидку та повільну.

Швидка соліфлюкціяпов'язана з надлишком талих вод: ґрунти набувають рідинної консистенції і починають швидко - до десятків метрів за добу - ковзати по схилу. В опадах переважають глинисті, алевритові та піщані фракції, сумарна частка яких нерідко перевищує 50% від об'єму породи. Характерні текстури полосчасті та стрічкові, орієнтовані субпаралельному схилу.

Повільна соліфлюкціяпротікає при меншій кількості води та в'язкотекучій консистенції ґрунту. Продукти відрізняються кращим сортуванням та ще більшою участю глинистих частинок. В результаті формується рівномірний за потужністю чохол з увігнутоюповерхнею: крутість схилу зменшується у напрямку до підніжжя.

Провальні процеси поширені обмежено, властиві районам розвитку підземних порожнин: карстових порожнин і гірничих виробок. Провал покрівлі над порожниною відбувається з різних причин (утворення та розширення тріщин, зростання навантаження, землетрус та ін.). Провальний колювій представлений несортованими уламками порід покрівлі. Рельєф поверхні провальних накопичень залежить від їх обсягу та рельєфу дна печери або вироблення.

---