Найважливіші геологічні процеси та їх екологічні особливості, Гравітаційні процеси
Гравітаційні геологічні процеси, часто звані сколоновими, виражаються у переміщенні гірських порід поверхнею Землі під впливом сили тяжіння з піднесених ділянок рельєфу до знижені. Для ухилу поверхні 1-2о гравітація ще мала і такі поверхні до схил не відносять. Але навіть без них на долю схилів припадає понад 80% земної поверхні. Зазвичай гірські породи знаходяться на поверхні Землі у стійкому стані, але вони можуть бути виведені з рівноважного стану поруч причин – додатковими зовнішніми імпульсами (землетрусом та ін), додатковим навантаженням на гірську породу (наприклад, маси гірських порід, що обвалилися, зростання висоти снігового покриву при снігопаді), дезінтеграцією гірських порід процесами вивітрювання, змочуванням поверхні ковзання, видаленням порід на підставі схилу в результаті підмиву, різноманітними видами геологічної діяльності людини та ін.
Матеріал при гравітаційному перенесенні може переміщатися різними способами: падіння - обвалення, скочування - перебіг і ковзання окремих уламків крутими схилами (рис. 1.26). Швидкість переміщення уламків схилом залежить від розмірів блоку, його маси, крутості схилу, вологості порід і особливо поверхні ковзання. В результаті фізичного вивітрювання схилів гір виникають схилові відкладення обвалення або сповзання -колювій(від лат. «Колювіо» - скупчення). Колювіальні відкладення, як правило, погано відсортовані (складаються з уламків порід: брил, щебеню, піску, глин, супісків та ін), зі слабо вираженою шаруватістю, мінливою потужністю, давні за віком товщі, часто зцементовані.
Одним з найважливіших факторів активізації схилових процесів є поверхневі та підземні води, які вимивають івилуговують окремі мінерали, створюючи порожнечі і послаблюючи зв'язок між товщами нижчих порід з вищими. Насичуючи пухкі породи вода сприяє їхньому ковзанню по схилу у вигляді в'язких та рідких потоків (опливини, сіли). По ролі води гравітаційні процеси поділяються на власне гравітаційні, водно-гравітаційні, гравітаційно-водні, підводно-гравітаційні (табл. 1.4).
Класифікація гравітаційних процесів
Обвали прості та складні, зсувнеобвали, каменепади, вивали, осипи
Просідання, крип схильний
Зсуви: глибові, блокові, терасоподібні, циркоподібні
Зсувні потоки, спливини, брудокам'яні потоки, або сіли, лахари
Підводні обвали, підводні зсуви, мутні потоки
Мал. 1.26. Одна із класифікацій схилових процесів
Власне гравітаційні процесиподіляються на тригрупи: провальні та обвальні, швидко, миттєво відбуваються і повільні, іменовані крипом. Попередньою умовою провальних процесів є наявність підземних порожнин та порожнин. Породи, що нависають над цими порожнинами, провалюються під впливом сили тяжіння. Безпосередньою причиною провалу може бути землетрус, вибух, збільшення навантаження над «дахом» провалу. Часто трапляються провали в покинуті гірничі виробки: шахти, штольні тощо. Величина усунення, розміри і форма провалів цілком залежить від обсягів підземних порожнин. Внаслідок провалів на поверхні Землі утворюються ями, колодязі, улоговини та інші негативні форми рельєфу. У гірничих виробках великих глибинах обвали покрівлі позначаються поверхні Землі. Вивали характерні для підземних карстових порожнин – печер тощо. Описаний тип вертикальних гравітаційних переміщень відбувається швидко, часто миттєво,катастрофічно.
Друга група власне гравітаційних явищ (обвальні) розвивається на прямовисних стрімких схилах (рис. 1.27). Паралельно обрив тут часто закладається система тріщин відсідання. Тріщини під впливом фізичного вивітрювання (при замерзанні води та ін.) розширюються. Відокремлений від корінного масиву блок злегка нахиляється у бік схилу і під дією сили тяжіння продовжує відриватися, а потім блок або його частини перекидаються на поверхню схилу. Породи дробляться і схилі виникаєобвальный колювій. Блок, що дуже часто відокремився по тріщині, обвалюється послідовними порціями. Відбувається складний багатофазовий обвал.
Мал. 1.27. Обвали та осипи у палеозойських вапняках у районі оз. Сари-Челек у Киргизії
Причиною найбільших обвалів є землетруси. Іноді обвальне тіло (колювій), спустившись схилом в долину, починає підніматися вгору протилежним схилом на значні відстані. Висловлюється припущення, що велика маса, що обвалюється, захоплює повітря, спресовує його і потім ковзає як на повітряній подушці.
До гравітаційних явищ відносяться також камнепади (відрив і переміщення окремих каменів) і осипи - переміщення по схилу щебеню і дрібних уламків гірських порід (рис. 1.28).
Мал. 1.28. Камнепади – як наслідок зливового дощу на 90 км шосе в районі Мертвого моря
Третій тип власне гравітаційного процесу -крип- це повільне переміщення поверхневих дезінтегрованих відкладень як у глиб Землі(глибинний крип)у вигляді просадок і прогинів, так і вниз по схилах височин( схильний крип).Крип обумовлений ущільненням пухких пластичних порід на глибині (ліса, глини),утворенням там розущільненої речовини внаслідок танення та замерзання води (кріогенний крип), вилуговування окремих мінералів, відпливом підземної води у зв'язку з відкачками, вилученням нафти, газу і т.п.(антропогенний крип).В результаті крипу на поверхні формуються плоскі блюдцеподібні улоговини, оголені схили з горбистими нагромадженнями колювію біля їх підніжжя і т.п.
Мал. 1.29. Зсув, що виник після землетрусів у долині річки. Сулак у Дагестані
У зсувних переміщеннях можуть брати участь великі блоки твердих гірських порід (блокові зсуви) і окремі брили (глибові зсуви), що зберегли первинну текстуру; менш міцні шаруваті тріщинуваті гірські породи; пухкі - роздроблені схилові накопичення колювіального, делювіального, ґрунтового походження. Зсувним процесом може бути охоплений весь схил або його частина, долини ярів, що утворюють зсувний район.
У верхній частині зсувного району розрізняють: круті увігнуті стінки - стінки відриву зсувних тіл, вирівняна ділянка схилу - ложа зсувів, або поверхня ковзання (рис. 1.30) і зсувні тіла.
Мал. 1.30. Типи колювіальних тіл1- обвальне;2- блоково-зсувне;3- терасоподібне;4- циркоподібне;5- горби випирання;6– тріщини відриву;7- стінка відриву;8- провал;9– ложа зсуву
Ложе зсуву- це частина схилу, по якій рухається зсув. Чим крутіше нахил ложа, тим інтенсивніший рух зсувного тіла. Повзання відбувається, починаючи з нахилу 5°, але в дні водойм — 1°.
Зсувне тіломоже мати різні розміри та форму. Найчастіше воно обмежене зверху рівним або горбистим майданчиком, нахиленим усерединусхилу, і стрімким бугристим схилом у фронтальній частині, зверненій у напрямку руху зсуву. У тих випадках, коли майданчик має рівну поверхню, витягнута паралельно схилу, зсувне тіло схоже з річковою терасою(терасоподібний зсув).Часто поверхня зсувного тіла в плані нагадує напівцирк(циркоподібний зсув).Коли зсув спускається вздовж яру, зсувне тіло має витягнуту мовоподібну форму. Зсув зазвичай рухається по глинистих породах, що служать водоупором для водоносного горизонту і тому рясно змоченим водою. Вода порушує зв'язки між ложем і породами, що лежать вище, і тим самим сприяє розвитку зсувних процесів. Тому зсуви слід розглядати як водно-гравітаційні явища.
Зсувні тіла рухаються в порівнянні з обвальними значно повільніше. Так, встановлено, що кримські зсуви переміщалися на рік на відстань від 100 до 0,1 м, причому цей рух був нерівномірним: фази швидкого руху змінювалися фазами повільного руху або навіть тривалого спокою. Окремі частини зсувного тіла рухаються з різною швидкістю, що викликає утворення тріщин, внутрішніх стінок відриву; в блокових і глибових зсувах з цим зв'язуються численні дрібніші обвали, а іноді повний розвал твердих порід повзучого блоку; подібні зсуви, що обвалюються в процесі руху, відносять до обвально-зсувного типу. Виникнення зсуву або активізація зсувного процесу можуть викликатися різними причинами і ведуть до зсувів різних типів. Посилення тиску на верхню частину зсувного тіла викликає зсувидетрузивного(зіштовхуючого) типу. При розвантаженні нижньої частини схилу - створенні там порожнин, які зсувне тіло зміщується послідовно розташованимисегментами, - утворюються деляпсивні (вільно ковзаючі) зсуви. У разі, якщо підмив схилу пов'язаний з морськими хвилями, зсуви відносять до абразійного типу. При руйнуванні підніжжя схилів долин річкою утворюютьсяерозійнізсуви, при землетрусах виникаютьсейсмогеннізсуви, при геологічній роботі людини в зсувному районі з'являютьсяштучні,абоантропогенні,зсуви.
Додаткові надходження води на ложі зсуву в період танення снігів, льодовиків після сильних тривалих дощів майже завжди активізують зсувний процес.
Зсуви завдають великої шкоди народному господарству. Вони знищують орні землі, садові та паркові ділянки, створюють криволісся, знищують споруди, мости та дороги. Великих збитків завдають зсуви міському господарству приморських міст, населених пунктів, що у долинах річок, на гірських схилах.
У зсувному потоці основна маса речовини втрачає початкову текстуру, і тому після відкладення та висихання колювій є скупченням окремих грудок землі, серед яких лише місцями зберігаються дрібні зсувні тіла, що не втратили початкову текстуру. Поверхня зсувного потоку завжди горбиста, форма зсувного тіла еліпсоподібна, сильно витягнута. За подібність за формою з долинним гірським льодовиком таке тіло іноді називаютьглетчернимзсувом. У нижній частині при виході з долини глетчерний зсув віялоподібно розширюється.
Дрібні грязьові потоки, які не йдуть далеко від витоків, називаютьопливінами.
Селеві потокиє крайньою формою у ряді гравітаційно-водних явищ (араб, «сіль» - бурхливий потік). У Європі їх називаютьмурами.У розвитку селів основну роль відіграє поверхнева вода:дощова, зливова, а також річкова, щонайменше підземна. Деякі селі провокуються землетрусами: в селі Хаїт в Таджикистані потужність відкладень селевого потоку, викликаного землетрусом 1949 року, склала 60 м. Залежно від розмірності матеріалу, що переноситься, селеві потоки поділяються на брудокам'яні», які однаково насичені і дрібними і великими уламками; водно-кам'яні з переважанням великих уламків порід – валунів, брил (рис. 1.31) та грязьові потоки з різким переважанням тонких глинистих частинок. Нерідко глинисті селі обумовлені тим, що схил, що розмивається, складений дрібноуламковими породами. Селеві потоки рухаються з великою швидкістю і з'являються раптово. У передній частині потоку звантажується твердий матеріал, а край потоку утворює круту стіну.
Широко розвинені сіли на Кавказі, в Криму, в горах Середньої та Центральної Азії та ін, де вони завдають великої шкоди і нерідко спричиняють серйозні лиха. У 1921 році селевий потік затопив і зруйнував частину міста Алма-Ата, спричинивши загибель кількох сотень людей. У 1940 р. великий сіль пройшов долиною річки Баксана на Північному Кавказі. Він виніс близько 3 млн м3 твердого матеріалу, у тому числі велика кількість великих брил діаметром понад 1 м.
Мал. 1.31. Відкладення селевого потоку в р. Італіф в Афганістані
На схилах діючих вулканів виникають вулканічні брудокам'яні потоки, званілахарами, обумовлені зливами або талими водами льоду і снігу, часто наступними за виверженням. Ці потоки води захоплюють пухкі вулканічні породи, що лежать на схилі.
Підводно-гравітаційні процеси.Відбуваються на дні водойм (морей, великих озер, океанів). На відносно крутому схилі опади починають обповзати під впливомвласної ваги, створюючи зсувні форми, близькі до поверхневих. Обвали берегів та зсувні тіла, що спускаються з берега в море, створюють додаткове навантаження на морські опади, викликаючи або прискорюючи їхнє зсув. На підводних стрімких схилах можуть утворюватися обвали.Підводні зсувиможуть охоплювати весь схил або переміщатися по підводним каньйонам, улоговинам стоку. Дуже широко розвинене на дні морів та океанів селеподібне переміщення уламкового матеріалу як теригенного, що надходить із суші, так і аутигенного, що утворився в морі. Весь цей матеріал, насичений водою, рухається поблизу дна у виглядімутьових потоків.