Геологическая деятельность морей и океанов

Геологическая деятельность морей и океанов обуславливается разрушительными действиями морских волн, которые достигнув скалистого берега, с разбегу ударяются об него и взлетают высоко вверх.

Содержание статьи:

а) Морские отложения;

б) Лагунные отложения;

в) Образование озер;

г) Переработка берегов водохранилищ;

д) Образование болот и болотных удобрений.

Атмосферные воды, ветер, материковые льды и реки несут в море большое количество материала, захваченного ими на суше.Только реки ежегодно приносят в море свыше 10 км³ твердого материала. Кроме того, само море систематически разрушает свои берега. Весь материал -принесенный, растворенный, оторванный -море переносит, сортирует и откладывает вновь. На больших глубинах волнение морской воды почти не оказывает влияния на состояние морского дна.

Уже на глубине 200-300 м не сказываются самые большие волны. Но у берегов, разрушительная работа моря очень велика. Давление морского прибоя на некоторых участках составляет около 28-35 кПа. Достигнув скалистого берега, морская волна с разбегу ударяется об него и взлетает высоко вверх. При ударах в береге образует углубление, постепенно принимающее форму горизонтального желоба. Когда желоб становится достаточно глубоким, то нависающие над ним скалы обрушиваются под действием собственной тяжести.

Волны подхватывают обрушившиеся обломки и теперь к ударному действию волны прибавляется ударное действие подброшенных обломков. Породы, слагающие морской берег, неоднородны. Сначала разрушаются менее твердые породы, а потом более твердые. В результате на уровне прибоя образуются промытые морем гроты и пещеры.Такое же явление возникает в береговых скалах при наличии трещин. Разрушающее действие морских волн называется абразией( срезание).

Рисунок-1. Разрушение морского берега действием волн:

А Б -линия начального берегового откоса ; ГД-береговая площадка ( пляж), образованная после разрушения берега; М-линия уровня моря ; часть пляжа( слева) сложена обломками разрушенного берега.

В результате на уровне прибоя образуются промытые морем гроты и пещеры. Такое же явление возникает в береговых скалах при наличии трещин. Разрушающее действие морских волн называется абразией( срезание). В результате действия абразии береговой уступ с течением времени отодвигается в сторону суши, оставляя за собой слабонаклонную к морю подводную абразионную террасу.Между подводной террасой и береговым уступом возникает узкая полоса, покрытая галькой, гравием и более крупными обломками.

Такая полоса называется пляжем.С течением времени пляж развивается, расширяется а покрывающие его обломки пород становятся более мелкими( рисунок-1).Когда пляж станет настолько широким, что живая сила воды будет гаситься трением, действие абразии прекращается .Пляж является защитной полосой, предохраняющий берег от дальнейшего разрушения. Скорость размывания морского берега достаточно велика: в проливе Ламанш она составляет около 2 мм/год, в Балтийском море -0,5 мм/год.

В отдельных случаях скорость размыва больше, например с 1824 по 1829 г. на полуострове Медок во Франции она достигла 35 мм/год.За время, прошедшее с 1072 г., в Северном море разрушено около 900 км² поверхности скалистого острова Гельголанд.В настоящее время площадь острова составляет всего лишь около 1,5 км2.Действие ветровых волн усиливается действием приливов и отливов. Устройство портов, причалов, молов, защитных волнорезов и других морских сооружений может изменить направление осадконакопления у аккумулятивных террас, вызвать снос накопленного материала и способстовать началу нового разрушения берега.Поэтому организуется тщательное изучение режима и направления действия морских волн у берегов.

Морские отложения

Морское дно можно разделить на четыре зоны: литоральную, неритовую, батиальную и абиссальную.Литоральная ( береговая) зона относится к береговой полосе от уровня самого высокого прилива до уровня самого низкого отлива. Здесь откладываются самые крупные из продуктов морского разрушения, находящиеся под постоянным воздействием движущихся волн, в результате которого они окатываются и сортируются .Непосредственно в вблизи берега откладывается щебень, далее галька, еще дальше- пески. Чем дальше от берега, тем менее песчаные частицы.

При этом в прибрежных отложениях замечается постепенно выполаживающаяся наклонная слоистость ( рисунок-2). Отложения нейритовой зоны шлейфа многочислены и разнообразны. На некотором расстоянии от берега, там, где волнение не достигает дна , осаждаются мелкие частицы ( 0,1 мм) продуктов морского разрушения и речного стока, здесь же отлагаются глинистые осадки ( илы). Кроме продуктов разрушения берегов и твердого стока рек в неритовой зоне отлагаются химические и органогенные породы.

Рисунок-2. Схемы отложения терригенных осадков на морском дне:

а)-наклонное залегание в прибрежных отложениях; б) -распределение осадков по глубине моря и удаленности от берега ; а-галька; б-мелкая галька и песок разной крупности; с-песок разной крупности; d-тонкий песок; е-глинистый песок; f-глина

В частности неритовая полоса моря благоприятна для образования бокситов, фосфоритов, марганцевых и железных руд.Многочисленные морские организмы являются источниками образования органических и некоторых вторичных биохимических осадков, которыми на больших глубинах постепенно сменяются грубозернистые отложения. Представление о типах морских отложений и их генезисе дает таблица-1.

Таблица-1. Типы морских отложений

В результате перемещения береговой линии отдельные участки морского дна переходят из одной зоны в другую, что изменяет условия осадконакопления. Глубоководные осадки оказываются прикрытыми отложениями, характерными для мелководной зоны и наоборот.Так как трансгрессии ( наступление) и регрессии ( отступание) моря неоднократно сменялись, то толщи морских отложений становились многослойными, сложенными пластами пород различного генезиса ( происхождения).

На основе изучения морских отложений развилось учение о фациях, позволяющее восстановить обстановку, в которой формировались те или иные отложения и также имеющее большое значение при поисках полезных ископаемых. Морские отложения, как наиболее хорошо сохранившиеся, дают для такого анализа наибольшее количество фактических данных.Кроме фаций морского типа по условиям образования выделяют также континентальные ( озерные, болотные, речные, ледниковые) и лагунные фации.

Читай далее статью

Лагунные отложения

В зоне береговоя прибоя, там, где морские волны достигают дна, происходит медленное перемещение частиц обломочного материала.Волны подходят к берегу под некоторым углом, поэтому прибойный поток и увлекаемые частицы обломочного материала описывают правильные кривые, при этом происходит сортировка передвигаемого материала по крупности. В результате передвижения обломочного материала у пологих берегов начинают развиваться различные формы отмелей, кос и так далее.

В отдельных случаях такие косы достигают значительных размеров.Например, коса Тендера на Черном море имеет длину более 90 км.Иногда коса образует пересыпь, которая отчленяет от моря залив, очень часто замкнутый , полностью отдаленный от моря. Такие заливы называют лиманами.Если на некотором расстоянии от берега имеется остров, то морские волны, подходя к берегу, расчленяются и огибают его.За островом образуется как бы прибойная тень.

В результате этого обломочный материал начинает задерживаться у берега и наращивать его по направлению к острову.Возможно также, что обломочный материал задерживается у острова и причленяет к нему косы, направленные к берегу.Аккумулятивные формы в виде длинных полос, образованных песчано-гравийно-галечными наносами, поднятые над уровнем моря и протягивающиеся параллельно берегу, называют барами.

Бары-наиболее  крупные из аккумулятивных форм. Например, бар Мексиканского залива имеет длину 1800 км и ширину более 3 км. Бары отделяют от моря обширные мелководные участки, называемые лагунами ( смотри рисунок-3.) Своеобразный режим в лиманах и лагунах сказывается на процессе осадконакопления. Большие поверхности, занятые мелководьем, вызывают усиленное испарение и как следствие, повышение содержание соли в воде. Например, в лагуне ( заливе каспийского моря) Кара-Богаз -Гол соленость воды превышает соленость воды Каспийского моря в 20 раз.

Рисунок-3. Типы лагун ( по Н.М. Страхову):

а-опресненный морской водоем( лиман) у впадения реки; б-осолоненный морской водоем-лагуна типа кара-Бугаз -гола; О-О- уровень открытого моря;

О′-О′ -уровень воды во внутриконтинентальном водоеме; А-выносящее течение, опресняющее водоем; А′-течение из открытого моря, осолоняющее водоем.

Лагуны и лиманы могут быть и опресненными, если в них впадают крупные реки. Лагунные отложения по большей части бывают двух типов: вдоль берегов аккумулируются песчано-ракушечные отложения, соли и гипс, а в центральной части откладываются илы, обогащенные остатками организмов.Так, в лагуне ( заливе Азовского моря) Сиваш весной появляется огромное количество нитчатых водорослей, которые быстро отмирают и начинают гнить на дне лагуны.

В некоторых участках дна лагун откладываются толстые слои слои вязкого черного ила. Лагунные отложения в связи с особенностями их образования являются как бы переходными от морских фаций к континентальным.

◊ Образование озер

Котлованы, заполненные водой и не связанные проливами с морями и океанами, называют озерами. Площадь водного зеркала озер самая различная: от нескольких гектаров до десятков тысяч квадратных километров. Точно так же различна глубина озер: от нескольких десятков сантиметров ( 0.8 м-оз.Эльтон) до многих сотен метров ( 1741 м -оз.Байкал).Озерные котловины располагаются на различных высотах : от 28 м ниже уровня океана ( Каспий ское море) до 3600 м над ним ( озера Сарезское и Яшиль -Куль).

Различные в размерах и расположении озер объясняется в первую очередь неодинаковыми происхождениями озерных котловин.Насчитывают несколько типов образования озер:

1) Тектонические котловины возникают в результате складчатых и разрывных нарушений земной коры . К озерам , образовавшимся путем заполнения водой котловин тектонического происхождения, относятся Байкал, Таганьика, Телецкое, Женевское, Севан и другие..
2). Озера могут возникнуть благодаря ледниковому выпахиванию ( например озера Кольского полуострова, Карелии и Скандинавии). В горных и предгорных районах моренные гряды образуют запруды, за которыми возникает водоем. Для большинства водоемов ледникового происхождения характерно комплексное образование котловины, часть которой создается моренными отложениями, а часть -ледниковым выпахиванием.
3). В кратерах потухших вулканов и в долинах рек, запруженных лавовыми потоками, образуются котловины вулканических озер.

4). Многочисленные рукава в дельтах рек в отдельных случаях замыкаются последующими наносами, в результате чего возникают дельтовые озера.
5). Замкнутые старицы рек превращаются в пойменные озера.
6). Замыкание лиманов и лагун создает лагунные и лиманные озера морских побережий.
7). Многие котловины озер образуются в результате заполнения водой котловин и блюдцев, возникших в результате провалов земной поверхности над карстовыми пустотами или просадок лессовых отложений .

8). Как пример озер, образовавшихся в результате деятельности людей, следует указать на заполнение водой выемок закрытых или заброшенных карьеров.В проточных озерах солевой состав воды одинаков на всем их пространстве ; в бесточных -степень солености воды вблизи устья впадающей реки и в удаленных от него участках озера различна.Так, например , в озере Балхаш, в районе устья реки Или, вода пресная, а в северной и восточной части -соленая.Геологическая работа озер подобна работе моря, но меньше по масштабам.Озерная абразия вызывается исключительно ветровыми волнами.

Приливы и отливы в озерах практически отсутствуют. В отличие от морей, в проточных озерах усиливается рольдонных течений, турбулентного перемешивания воды и сгонно-нагонных явлений, вызываемых деятельностью ветра.В озерах, так же как и в морях аккумулируются осадки, приносимые впадающими реками, а также химические или биохимические. В результате испарения в бесточных озерах накапливается большие количества химических осадков. Такие озера, как Эльтон, Баскунчак и подобные им,аккумулируют громадные количества натриевых и калиевых солей промышленного значения.

Часто отлагаются кальциевые соли: гипс и кальцит. Нередко осаждаются оксиды железа, образующие округлые конкреционные образования типа оолитов, так называемые озерные бобовые руды, таким же путем образуются бокситы ( алюминиевые руды). Среди органогенных осадков можно назвать озерные ракушечные известняки, озерные диатомиты и другие.Для озер характерно образование большого количества органических осадков гнилостных илов ( сапропеля).Отмирающие организмы, выпадая на дно озер, разлагаются при почти полном отсутствии кислорода и образуют органический ил, богатый углеводородами.

По мере накопления полужидкий сапропель уплотняется, образуя черновато-коричневую, плотную, но легкую породу с раковистым изломом -сапроколу. Сапропели и сапроколлы горючи, но запасы их настолько малы, что практически в качестве топлива их не используют ( применяют как органическое удобрение).

◊ Переработка берегов водохранилищ

Устройство самой маленькой плотины на небольшой речке, так же как и сооружение грандиозных плотин на самых мощных реках, вызывает аналогичные инженерно- геологические явления.Воды реки подпружиненной плотиной,создают водохранилище той или иной глубины с определенными размерами водного зеркала. На участке созданного водохранилища река прекращает свое существование, обращаясь в проточное озеро. На его акватории речной режим сменяется озерным, приближающимся на больших водохранилищах к морскому.

Речная эрозия и разработка речной долины прекращается.На смену ей приходит переработка берегов, подобная морской абразии.Следовательно, уже в первом приближении можно сказать что форма и размеры водного зеркала искусственного озера образовавшегося при затоплении какой-либо территории, будут отличаться от его формы и размеров, возникших после действия процесса абразии.Крутые берега обрушиваются , вдоль берегов образуются площадки пляжей а с течением времени вытянутое в длину и сравнительно узкое искусственное озеро постепенно примет менее вытянутую форму, сохранив при этом площадь водного зеркала.

Однако действие абразии на берегах искусственных водохранилищ не может быть абсолютно подобно действию морской абразии. Различие в процессах переработки берегов природных и искусственных морей в первую очередь зависит от различия в их режимах. Уровень воды в искусственных водохранилищах подвержен резким годовым колебаниям. В течение года происходит производственная сработка уровня через шлюзы и гидроэлектростанции.

В некоторых случаях сработка уровня воды принимает очень большие размеры. Аккумулятивная терраса, образованная при высоком уровне воды, будет размываться при ее низком уровне и перемещаться вниз.В результате произойдет выполаживание дна водоема и его общий некоторый подъем.Общему подъему дна водоема способствует отложение перед плотиной твердого стока.Частицы горных пород, несомые рекой, до сооружения плотины уносились вниз по течению и откладывались в дельте реки.Уменьшение скорости течения почти до нуля вызывает осаждение этих частиц в водоеме, главным образом в его предплотинной части.

Если ежегодный уровень воды в водоеме, приуроченный к весеннему паводку, будет постоянен, то последовательное обмеление должно вызывать увеличение площади зеркала и, следовательно, более интенсивный береговой размыв.Объем ежегодного стока непостоянен. Следовательно, непостоянен и уровень воды в водоеме, что в свою очередь, также вызывает размыв берегов на разных уровнях. Возникновение большой водной поверхности определяет образование ветровых волн. Расстояние, на котором действие ветра вызывает волнение, называют величиной разгона волны.

Между разгоном волны и ее высотой существует определенная зависимость. Для определения этой зависимости предложено несколько эмпирических формул, из которых видно, что высота волны в основном пропорциональна корню квадратному из величины разгона. Размыв берегов водохранилища увеличивает водную поверхность, что вызывает увеличение разгона и высоты волн.Таким образом, процесс переработки берегов водохранилища является прогрессирующим.

Кроме трех основных факторов ( работы ветровых волн, формирования аккумулятивных форм рельефа и изменений уровня воды) на формы переработки берегов оказывают существенное влияние некоторые дополнительные факторы, например, тип реки и крутизан берегов водохранилища.Горные реки имеют значительные уклоны и несут довольно крупные частицы породы. Водохранилища сооруженные на таких реках, сравнительно невелики и быстро заносятся твердым стоком. И.В. Попов отмечает, что были случаи, когда водохранилище полностью заносилось осадками и плотина из водоудерживающей превращалась в водоподъемную.

Равнинные реки имеют небольшие уклоны, а твердый сток часто состоит из мелких пылевато-глинистых частиц. осаждение таких частиц происходит чрезвычайно медленно, особенно при ничтожных скоростях движения воды. Водохранилища, создаваемые здесь, располагаются на больших площадях, а занесение их осадками не имеет практического значения. Чем круче берег, тем интенсивнее идет процесс размыва.

При крутизне порядка 5-10 градусов, склон быстро выполаживается, создается так называемый бичевник, и процесс размыва заканчивается.Крутые склоны размываются медленнее, процесс размыва, несмотря на его большую интенсивность, продолжается гораздо дольше.Для определения скорости размыва существенное значение имеет литологический состав берега.

Чем крепче породы, слагающие берега, тем круче бичевник и тем крупнее продукты разрушения. Одной из важнейших инженерно-геологических задач является прогноз переработки берегов водохранилищ и установление ширины береговой полосы, которая рано или поздно будет разрушена. На рисунке-4 представлена схема процесса переработки берегов водохранилища без учета волнового воздействия.

Рисунок-4. Схема переработки берега водохранилища без учета волнового воздействия;

Схема переработки берега водохранилища без учета волнового воздействия

А-зона дополнительного водонасыщения;ПГ-поднятый горизонт; ПР-полоса разрушения; БО-естественный профиль берегового откоса.

Такая схема может быть непосредственно использована только для очень небольших водоемов, в которых практически не возникают сколько нибудь существенные ветровые волны.С учетом ветрового воздействия процесс переработки берега будет более сложным. Однако и в этом случае можно построить схему берегового склона ( рисунок-5). Основной задачей здесь является определение ширины бичевника. Ширину бичевника можно определить по формуле Б.В. Полякова:

Lб=(hp+a+hb) ctg α;

Рисунок-5. Схема построения профиля берегового откоса после его переработки ( по Е.В.Качугину)

Схема построения профиля берегового откоса после его переработки ( по Е.В.Качугину)

где hp-глубина зоны волнового размыва; ф-амплитуда колебаний воды в водохранилище; hb-высота взбегания волны; α-угол откоса бичевника, определяемый свойством породы и высотой волны.По данным Е.В.Качугина, при средней высоте волны порядка 0,5-1,0 м угол α не превышает 13°.Величина угла α примерно равна : для глин-6, песков-7-10,гравия и гальки 11-13°. Глубину зоны волнового размыва hp ( по данным Н.Н.Маслова)следует принимать в зависимости от высоты волны Н:

hp=(1,5÷2)Н.

Высоту вбегания волны hb принимают по формуле Н.Н Джуковского : hb=3,2kН tgα, где k -коэффициент шероховатости поверхности взбегания ( для гладких поверхностей k =1, для каменной наброски k =0,78). Учитывая, что в искусственных водохранилищах величина разгона D волны меньше 100 км, высоту последней можно найти из формулы П.А.Кузнецова:

Н макс =√D+D/200;

В формуле П.А.Кузнецова разгон волны принимается в километрах, а высота волны-в метрах.Суммируя величину ширины бичевника с шириной надводного и подводного склонов после их переработки, получим полную ширину Lпер береговой полосы после переработки.ширина береговой полосы до переработки Lприр известна.Очевидно, ширина полосы разрушения равна ΔL=Lпер -Lприр;

Изложенная схема расчета дает приблизительные данные о величине возможной полосы разрушения. Эти данные должны указываться при изучении условий существования уже имеющихся и возможности строительства новых зданий и сооружений.Скорость переработки берегов водохранилищ несоизмеримо больше скорости морской абразии. При средней высоте откоса над бичевником около 2-4 м скорость переработки берега за один сезон достигает в отдельных случаях 8 м.

Образование болот и болотных удобрений
Значительная часть болот образовалась из озер, представляя собой как бы последний этап развития последних.В мелководной части озер образуются заросли водолюбивой растительности. Отмирающие растения болот падают на дно водоема и подвергаются медленному разложению. Постепенно по мере обмеления озера, растительность продвигается от берегов к ее центру. Отмирающие растения в условиях неполного разложения образуют торфяные залежи.

В застойных озерах с крутыми берегами на поверхности воды появляется плавающая растительность.Образуется плавающий ковер, называемый сплавиной. По мере увеличения мощности сплавина погружается.Отмершие полуразложившиеся части растений отрываются и падают на дно. Постепенно накапливающиеся на дне осадки и сплавина смыкаются и образуют болото. Болота могут образоваться и другим путем.

Близкое к поверхности залегание водоупорных слоев приводит к повышению уровня грунтовых вод и их застою.Заболоченная почва служит основой для образования болота на поверхности суши.По условиям залегания, питания и характеру растительности различают болота низинные, верховые и переходные( рисунок-4). Низинные болота располагаются в пониженных участках рельефа и имеют плоскую или вогнутую поверхность. Кроме атмосферных осадков в питании таких болот участвуютгрунтовые или речные воды.

Рисунок-6. Типы болот по условиям их питания

Типы болот по условиям их питания

ф-верховое; б-низинное; в-переходное.

Торфяники, образующиеся здесь, часто малокалорийны и обладают большой зольностью. Верховые болотарасполагаются на водоразделах и имеют выпуклую поверхность.Питаются они почти исключительно атмосферными осадками. Бедные солями атмосферные воды могут обеспечить жизненные условия только нетребовательным растениям, в первую очередь сфагнумовым мхам.Торф, образующийся из сфагнума, отличается высокой калорийностью и малой зольностью.

Болота промежуточного типа, как показывает их название, обладают свойствами как верховых, так и низинных болот.Превращение растительных остатков в торф и впоследствии в уголь, происходит в условиях препятствующих полному окислению.Там, где имеется хотя бы небольшой доступ кислорода, гниющая масса превращается в перегной, или гумус.При полном отсутствии кислорода постепенно выделяется свободный углерод, который окрашивает перегнувшую массу в бурый цвет.