Геологическая деятельность ветра

Все процессы, обусловленные деятельностью ветра, создаваемые ими отложения и формы рельефа называют эоловыми (Эол - бог ветров в греческой мифологии). Существенную роль эоловые процессы играют во всех открытых ландшафтах сухих и умеренно влажных областей суши (в сухих степях, саваннах, приледниковых областях, долинах крупных рек), но наиболее активно действуют в пустынях, полупустынях, на побережьях морей и океанов. Этому способствует: 1) отсутствие или разреженность растительного покрова, определяющие воздействие воздушных потоков непосредственно на горные породы; 2) частые ветры и формирование при интенсивном нагреве поверхности восходящих воздушных потоков, поднимающих пыль высоко в атмосферу; 3) наличие больших объёмов рыхлого материала. Вовлекаемый в движение ветровыми потоками обломочный материал образован в ходе предшествующих геологических процессов (представляет собой морские или речные пески, продукты физического выветривания и пр.).

Переносимый ветром тонкий материал (аэрозоли) может перемещаться на сотни и тысячи километров. Этому способствуют устойчивые воздушные потоки, переносящие материал на высоте в несколько километров, и струйные течения в атмосфере, движущиеся на высоте около 10 км со скоростью до 500 км/ч. В силу глобального масштаба транспортировки вклад эолового материала значителен и в океанах: в Мировой океан его поступает не менее 1 млрд т в год, при этом на значительных участках океанического дна вклад достигает 50—70 % и более, а в наиболее удаленных от континента глубоководных участках осаждающиеся на дно аэрозоли являются одним из главнейших источников осадочного материала.

Следует отметить и экологическую роль эолового переноса: так, некоторые лишайники на суше, кораллы и планктон в морях используют осаждающиеся из воздуха частицы в качестве источника минеральных веществ.

Геологическая деятельность ветра складывается из процессов разрушения пород, переноса обломочного материала и его аккумуляции, тесно взаимосвязанных и протекающих одновременно.

Разрушительная деятельность ветра складывается из двух процессов-дефляции и корразии.

Дефляция (от лат. deflatio - сдувание) - разрушительная деятельность ветра, выражающаяся в выдувании и развевании ветром частиц рыхлых горных пород. Дефляции подвергаются мелкие частицы пелитовой, алевритовой и песчаной размерности. Различают площадную и локальную дефляцию. Площадная дефляция приводит к равномерному выдуванию рыхлых частиц с обширных площадей; понижение поверхности за счёт такой дефляции может достигать 3 см в год. Развитие локальной дефляции определяется особенностями движения воздушных потоков и характером рельефа. С действием восходящих вихревых потоков связано образование котловин выдувания. В качестве особого вида локальной дефляции выделяют бороздовую дефляцию. В трещинах, узких щелях или бороздах сила ветра больше, и рыхлый материал выдувается оттуда в первую очередь. Так в Китае на сложенных рыхлыми легко поддающими дефляции отложениями территориях, на месте дорог местами образовались узкие каньоны глубиной в первые десятки метров. На участках, сложенных разными по составу породами, формируются ребристые или сетчатые дефляционные поверхности.

Дефляция в значительной мере определяет рельеф аккумулятивных пустынь и песчаных побережий и генерирует материл для эоловых отложений.

Корразия (от лат. «corrado»скоблю, соскребаю) - процесс механического разрушения (истирания, высверливания и пр.) горных пород обломочным материалом, переносимым ветром[1]. Переносимые ветром частицы, ударяясь о поверхность встречающихся на пути выходов коренных горных пород, действуют на последние как природный «абразивный инструмент», вырабатывая на поверхности штрихи, борозды, ниши и другие характерные формы. В процессе такого обтачивания происходит и образование нового обломочного материала, вовлекаемого в процесс дефляции. Таким образом, процессы корразии и дефляции взаимосвязаны и протекают одновременно.

Перенос обломочного материала ветром может осуществляться в нескольких формах: перекатыванием, путем скачкообразных движений и во взвешенном состоянии в воздушном потоке.

Перекатыванием или скольжением перемещаются крупные зёрна песка и, при штормовых и ураганных ветрах, гальки и щебень.

Зёрна мелко- и среднезернистого песка (размером 0Д-0,5 мм) движутся перекатыванием или путём скачкообразных движений (или сальтацией - от лат. saltatio - скачок). В процессе сальтации песчаное зерно при порыве ветра отрывается от поверхности (поднимаясь на высоту до десятков сантиметров), описывает в воздухе параболическую кривую и, ударяясь о лежащие на поверхности зёрна, вовлекает их в движение. Фактически движение ветра и переносимых им песчаных частиц представляет собой движение ветропесчаного потока. Насыщенность потока песком убывает по мере удаления от поверхности; на высоту более 1 м песчаные зёрна способны подняться только при очень сильных ветрах. Важнейшим параметром, определяющим характер ветропесчаного потока, является скорость ветра. Для приведения в движение мелкозернистого сухого песка (с размером частиц 0,1-0,25 мм) необходима скорость ветра около 4-5 м/сек, для крупнозернистых песков с диаметром частиц 0,5-1 мм — 10—11 м/сек. Как правило, песчаный материал переносится в пределах пустынь и песчаных побережий.

Перемещение во взвешенном состоянии характерно для тонких частиц размером менее 0,1 мм; при этом аэрозольные частицы размером менее 0,02 мм могут перемещаться в глобальном масштабе. Частицы движутся в воздушном потоке (на высоте до 10—15 км) на протяжении от коротких промежутков времени до нескольких лет и затем осаждаются за счет сухого осаждения, вымывания дождем и снегом, а выше уровня облаков (выше 5—7 км) — в процессе «сульфатного вымывания» при образовании сульфатных соединений за счет трансформации сернистых газов. Особенно длительно и далеко может переноситься пыль, поднятая на большую высоту при извержениях вулканов (так, пепел, выброшенный во время извержения вулкана Кракатау в 1883 г., облетел земной шар и находился в воздухе около трёх лет, оседая в разных частях планеты (иногда в виде «кровавых дождей»)) или при импактных событиях. Локальный и региональный перенос крупных частиц осуществляется ураганами и смерчами.

Аккумулятивная деятельность ветра заключается в накоплении эоловых отложений — эолитов, среди которых выделяются два генетических подтипа — перевеянные (или перефляционные) и навеянные (или супер фляционные). Перевеянные отложения

залегают в непосредственной близости от пород за счёт переотло- жения которых накопились. К этому подтипу принадлежат широко распространенные эоловые пески, образующиеся преимущественно за счет ранее образованных морских или речных осадков; но в ископаемом состоянии перевеянные отложения сохраняются редко. Навеянные отложения лишены пространственной связи с материнскими породами, для них характерно обогащение мелкозернистым материалом, способным перемещаться на большие расстояния, представлены они лёссами[2].

В современную эпоху основной объем эолитов приурочен к пустыням и их периферии, но во время четвертичного оледенения они активно формировались и в зоне, обрамлявшей покровные ледники.

Эоловый лёсс (от нем. lose - рыхлый, нетвёрдый) - отложения, сложенные пылеватыми частицами, однородные, неслоистые, обладающие высокой пористостью. Характерными особенностями лёссов являются следующие:

  • — Мелкозернистый пылеватый (крупноалевритовый) состав. Частицы размером более 0,25 мм отсутствуют или составляют не более 5 %.
  • — Высокая пористость — объём пор может достигать 50-55 %. Эта особенность определяет способность лёссов обваливаться большими глыбами и просаживаться при увлажнении или под нагрузкой (например, под весом построек). Благодаря рыхлости пород они легко разрушаются при дефляции или под действием водных потоков (знаменитая «жёлтая» река — Хуанхэ — имеет специфичный цвет вод за счёт переноса большого объёма лёссового материала).
  • — Залегание в форме плащеобразных покровов.
  • — Отсутствие слоистости и однородность состава.
  • — Наличие горизонтов погребенных почв. Изучение особенностей захороненных в толщах лёссов пыльцы и ископаемых моллюсков указывает на их образование в условиях холодного ледникового климата. Горизонты почв, напротив, содержат признаки формирования в более теплых условиях. Эта особенность позволила определить, что значительная часть лёссов возникла в ледниковые эпохи в приледниковых зонах (а захороненные в них почвы — в период межледниковий).

Малопросадочные и непросадочные отложения, обладающие частью вышеуказанных признаков, называют лёссовидными. При их формировании лессовый материал повергался переотложению.

Эоловые пески также обладают рядом специфических особенностей, среди которых необходимо отметить следующие:

  • — Хорошая сортированность зёрен с преобладанием частиц размером 0,15-0,30 мм.
  • — Матовая поверхность зёрен, присутствие сколов и иных следов соударений, наличие так называемого пустынного загара — железистой или марганцевой плёнки на их поверхности.
  • — Наличие в отложениях ветрогранников — обломков горных пород двух-, трёх-, четырёхгранной формы, возникающих вследствие шлифующего действия песка, переносимого ветром.
  • — Косая слоистость с углами падения слой ко в около 30°.
  • — Отсутствие фауны и цемента.

В процессе эоловой транспортировки происходит гранулометрическая дифференциация. Пески остаются в пустынях или накапливаются в расположенных поблизости локальных зонах. При этом не перемещенные пески располагаются на материнской породе или по соседству с ней, их минеральный состав несет свойственные исходным породам черты; перемещенные — смещенные на большие расстояния от коренных пород и длительно подвергавшиеся механической переработке, обогащены наиболее устойчивыми минералами и более однородные по размеру зерен. Дальше выносятся алевриты (зона отложения лессов), а еще дальше выносится пелитовая фракция, примешивающаяся к морским и континентальным осадкам разного генезиса.

Эоловые формы рельефа

Наиболее распространены аккумулятивные и аккумулятивно-дефляционные формы, образующиеся в результате перемещения и отложения ветром песчаных частиц, а также выработанные

(дефляционные) формы, возникающие за счет выдувания рыхлых продуктов выветривания. Форма и величина аккумулятивных и аккумулятивно-дефляционных образований зависит от сочетания ряда факторов: характера и режима ветров, количества растительности (препятствующей свободному движению песков), а также насыщенности песчаными частицами ветропесчаного потока, увлажнения песков, характера подстилающей поверхности и некоторых других.

Максимальное распространение эоловые формы получают в пустынях. Для рельефа пустынь характерно одновременное присутствие наложенных друг на друга различных по масштабу динамичных аккумулятивных и дефляционно-аккумулятивных эоловых форм.

Основным элементом микрорельефа является эоловая рябь. Как известно, между двумя параллельно движущимися средами с разной плотностью и подвижностью (в данном случае — сухой песок и воздух) поверхность раздела приобретает волнообразный характер. Волнообразность движения поверхности песка приводит к образованию на его поверхности движущейся ряби. Высота валиков ряби от миллиметров до десятков сантиметров, валики асимметричны — более пологим является наветренный склон. Массовое перекатывание песчинок происходит преимущественно в пределах лишь одного валика ряби, начинаясь на его наветренном склоне и заканчиваясь на гребешке. Движение ряби и «песчаных волн» осуществляется за счёт осыпания подветренного склона валиков. Более крупными элементами рельефа являются щитовидные скопления песков, образующиеся в понижениях рельефа или ветровой тени. В дальнейшем щитовые скопления перестраиваются в барханные формы рельефа - одиночные и групповые барханы, затем — в барханные цепи, барханные гряды и т. д.

Барханы — подвижные аккумулятивно-дефляционные формы рельефа пустынь и полупустынь, представляющие собой серповидные в плане крупные скопления песков. Характерной морфологической особенностью барханов служит полулунное или серповидное очертание в плане и наличие асимметричных склонов: длинного пологого (5-14°) наветренного и короткого крутого (28- 38°) подветренного, переходящих в вытянутые по ветру «рога». Высота барханов обычно составляет первые метры, но может достигать 200 м. Барханы динамичны и меняют свою форму в зависимости от направления и скорости ветра и равномерности поступления того или иного количества песка. Движение песка по профилю бархана в разных его частях неодинаково. На нём можно выделить три следующие зоны (рис. 2.2.1).

  • 1. Зона развевания, или дефляции, которая характеризуется процессами отрыва зёрен от поверхности песка при отсутствии их привноса. Здесь имеет место вынос зёрен песка с поверхности.
  • 2. Зона переноса и обмена. При незначительной скорости ветра происходит интенсивное перемещение из зоны дефляции ряби; при сильных ветрах — в момент удара струйки ветропесчаного потока о поверхность подветренного склона происходит перераспределение песка по крупности (более крупный оседает на склоне, лёгкий — приносимый или оторванный при соударении - вовлекается в дальнейшее движение).
  • 3. Зона аккумуляции, где происходит накопление песка, перенесенного из зоны дефляции.
Продольный профиль бархана

Рис. 2.2.1. Продольный профиль бархана: 1 - зона выноса, 2 - зона переноса, 3 - зона накопления, 4 - нейтральная зона, 5 - наветренный склон, 6 - склон осыпания, 7 - гребень, 8 - высота бархана, 9 - путь предельного насыщения ветропесчаного потока песком

Характерной особенностью бархана является образование вихря за гребнем цепи (в «ветровой тени»), приводящим к возникновению потока воздуха, обратного направлению ветра. Песок, сносимый ветром с гребня бархана или осыпающийся при достижении рябью гребня, попадает в этот вихрь и осаждается на склоне. Наличие указанной аэродинамической особенности определяет асимметричное строение бархана и его устойчивость. Более сложной формой эолового рельефа пустынь являются барханные цепи, имеющие форму сильно вытянутых асимметричных волнообразных валов, обычно располагающихся параллельными рядами. Это связано с формированием двух взаимо-перпендикулярных потоков воздуха при их образовании: один, основной, соответствует направлению ветра (он перпендикулярен цепи), второй, образованный за счёт снижения давления при образовании вихрей в зоне аккумуляции, имеет параллельное цепям направление. Длительное существование перпендикулярых направлению ветра барханных форм возможно лишь при наличии двух противоположно ориентированных направлений господствующих ветров (сдерживающих вытягивание «рогов» параллельно ветру). Наличие одного господствующего направления ветров приводит к развитию асимметричных барханов и барханных гряд. Их развитие связано с неравномерностью распределения энергии ветрового потока, его «струйчатостью» (например, связанной с особенностями рельефа).

Песчаные формы рельефа получают развитие не только в области пустынь и полупустынь, но и во внепустынных областях — прибрежных зонах океанов, морей, крупных озёр, долинах рек со слабым развитием растительности, на приледниковых равнинах, где также широко распространены рыхлые песчаные отложения. В пределах таких ландшафтов развиты дюны - подвижные аккумулятивно-дефляционные песчаные формы рельефа внепустынных областей. В отличие от развитых в пустынях барханов, у дюн «рога» расположены на наветренной стороне. Пологий склон обращён навстречу ветру и имеет угол наклона 8-20°, заветренный 30—40°. Дюны могут перемещаться в направлении господствующего ветра со скоростью до 10 м в год, в зависимости от массы песка и скорости ветра. Эволюция дюн, при господстве одного или близких направлений ветров, выражается в постепенном переходе от приморских или прирусловых дюнных валов, поперечных ветру, в дугообразные, параболические и шпильковидные формы. Такая морфологическая эволюция определяется неравномерностью движения песка в её составе: наиболее активно перемещается центральная часть, вто время как увлажненные и закрепленные растительностью краевые части движутся медленнее (что и определяет обращенность «рогов» в сторону ветра). В районах с конвекционным режимом ветров развиваются округлые валообразные дюны с развеванием из центра к периферии.

На илистых побережьях могут формироваться небольшие глиняные дюны, образующиеся в результате переноса ветром и закрепления растительностью скрученных глиняных корочек, возникающих на высыхающей поверхности ила.

Менее распространены коррозийные формы эолового рельефа (точнее, дефляционно-корразийные, поскольку эти процессы действуют совместно), возникающие под воздействием динамических ударов ветра и, особенно, под действием ударов частиц, переносимых ветром в ветропесчаном потоке. Ветропесчаный поток движется в приземном слое (до высоты 1,5—2 м), поэтому наиболее активно вырабатываются нижние части стоящих на пути ветра препятствий, что приводит к образованию характерных эоловых грибов и карнизов. При попадании твёрдых песчинок в полости и трещины пород происходит их расширение с образованием ниш и пещер. Важным фактором, определяющим особенности корразийного рельефа, является и различие в прочности пород, приводящее к неравномерному их разрушению и образованию причудливых форм. Сочетание указанных факторов иногда приводит к образованию эоловых городов - участков пустыни с многочисленными останцами горных пород, которые благодаря интенсивному физическому выветриванию и механическому воздействию переносимого ветром песка приобретают причудливые формы.

Эоловый аккумулятивно-дефляционный рельеф

Рис. 2.2.2. Эоловый аккумулятивно-дефляционный рельеф: одиночные барханы (Саудовская Аравия) и барханные цепи в пустыне Намиб (изображение со спутника Landsat)

Характерные коррозийные формы рельефа

Рис. 2.2.3. Характерные коррозийные формы рельефа: эоловый гриб (Arbol de Piedra, Боливия) и ниши выдувания (г. Кисловодск)

Контрольные вопросы

  • 1. Какие условия способствуют развитию эоловых процессов?
  • 2. Опишите механизмы эолового разрушения горных пород.
  • 3. Опишите механизмы переноса обломочного материала ветром. Каковы масштабы эолового переноса?
  • 4. Охарактеризуете типичные эоловые отложения? Каковы общие для них особенности?
  • 5. Как образуется характерная для эоловых песков косая слоистость?
  • 6. Охарактеризуйте типичные дефляционные формы эолового рельефа разного масштаба.
  • 7. Охарактеризуйте дефляционно-корразийные формы рельефа.

  • [1] Термин корразия и его синоним «абразия» (от лат. abrasio - соскабливание)имеют и более широкое значение: они обозначают механическое разрушение и изменение поверхности (истирание, обтачивание, высверливание) при трении иливоздействии переносимых любым путем частиц.
  • [2] Общепринятой теории образования лёссов к настоящему времени нет. Согласно одной из точек зрения определяющую роль играют процессы эолового осад-конакопления, согласно другой - гипергенные процессы (с участием почвенных,или криогенных, или иных процессов).
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >