Геологические особенности строительства в пустыне

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Геологическая работа ветра

Деятельность ветра проявляется в различных климатических зонах но особенно большая работа производится им в областях сухого климата там где имеет место сочетание следующих особенностей:

1. резкие суточные изменения температуры, обусловливающие интенсивность процессов физического выветривания;

2. незначительное количество атмосферных осадков, выпадающих редко, нерегулярно и главным образом в форме ливней;

3. превышение испарения (в 5 - 15 раз) над количеством выпадающих атмосферных осадков;

4. разреженность растительного покрова или полное его отсутствие;

5. частые ветры большой силы;

6. наличие материала, способного перемещаться ветром.

Перечисленные особенности свойственны пустыням и отчасти полупустыням, занимающим свыше 20% поверхности континентов. Деятельность ветра проявляется также на низменных песчаных побережьях морей, озер и рек при условии отсутствия или сильной разреженности растительности и в ряде мест на вершинах гор.

Геологическая работа ветра состоит из процессов дефляции (выдувание и развевание), корразии (обтачивание горных пород и их обломков при помощи переносимого ветром песка), переноса и аккумуляции (отложение). Все стороны работы ветра в природных условиях тесно связаны друг с другом, проявляются одновременно и по существу представляют собой единый сложный процесс. Можно говорить лишь о том, что в одних местах преобладают одни виды деятельности ветра, в других - иные.

Районы преимущественной дефляции в пустынях располагаются в той части, откуда дуют господствующие ветры. За ними лежат огромные песчаные пространства пустыни, где формы рельефа обусловлены совместным влиянием процессов дефляции и аккумуляции. И, наконец, в окраинных зонах, где ветер испытывает торможение или затихает, преобладают процессы аккумуляции. Во всех случаях осуществляется перенос частиц.

Все процессы, обусловленные деятельностью ветра, объединяются под названием «эоловые процессы». Эоловыми называются и континентальные отложения, возникшие при ветровой аккумуляции, и соответственно формы рельефа (барханы, дюны, бугры и др.).

Под дефляцией понимается процесс выдувания и развевания ветром различных частиц горных пород. Сам термин «дефляция» происходит от латинского слова deflare, что означает «сдувать» или «выдувать». В пустынных областях или в верхней части горных вершин струи воздуха проникают во все трещины и щели твердых горных пород и выдувают из них рыхлые продукты выветривания. Поэтому трещины здесь почти всегда открытые, зияющие, в отличие от трещин в горных породах умеренных зон, заполненных обычно достаточно влажным мелким материалом. Наличие зияющих трещин способствует дальнейшему развитию процессов физического выветривания и последующему выносу ветром новых порций получаемого обломочного материала. Совместное и взаимосвязанное действие выветривания и ветра приводит к значительному расширению трещин и образованию характерных обточенных скал причудливых форм в виде башен, колонн, обелисков и т.п. При разработке ветром трещин горизонтального направления появляются так называемые «качающиеся скалы». геологический пустыня дефляция корразия

В крутых обрывах, сложенных породами различной прочности, проявляется избирательный характер процессов выветривания и работы ветра. В результате образуется своеобразное чередование выступов или карнизов, соответствующих слоям прочных пород, с нишами - в мягких или слабо сцементированных породах. Иногда такие ниши выдувания далеко вдаются в стенку обрыва.

Поверхность пустынь в местах развития разнообразного обломочного материала в результате дефляции постепенно очищается от песчанистого и мелкозернистого материала, и на месте остаются лишь грубые обломки - каменистый и щебнистый материал.

Своеобразная дефляция проявляется и в пределах песчаных пространств пустыни, где образуются котловины выдувания различной глубины. Они образуются как следствие вихревой структуры воздушного потока, а также как результат влияния восходящих потоков воздуха, обусловленных разницей в нагреве различных элементов поверхности. Особый интерес представляют некоторые глубокие бессточные котловины (впадины) пустынь, дно которых часто опускается ниже уровня океана. На дне таких котловин в верхнем слое глинистых пород наблюдается скопление солей.

Происхождение их может быть связано с капиллярным подъемом к поверхности днища сильно засоленных грунтовых вод и с поступлением солей вместе с поверхностными водами со склонов.

Грунтовые или поверхностные воды испаряются, а соли остаются.

Они выкристаллизовываются, разрыхляют глинистые породы, в результате чего на дне котловин аридных областей возникает пухлый порошкообразный, легко развеваемый солончаковый горизонт. В жаркие безветренные летние дни над солончаками часто возникают мощные турбулентные потоки восходящего воздуха (штопорообразные смерчи, образующиеся вследствие разницы в нагреве различных частей поверхности), особенно это проявляется в котловинах с пухлым солончаком на дне. Восходящие токи и ветер в течение лета могут полностью вынести весь разрыхленный слой. Развеванию почв в засушливых областях способствует иногда неправильно проводимая распашка и использование земель.

Когда развевание осуществляется на значительных площадях более или менее равномерно, то его принято называть плоскостной, или площадной, дефляцией. Наблюдается местами бороздовая дефляция, проявляющаяся в отдельных щелях, бороздах, понижениях. Особенно наглядно это проявляется в мягких породах по дорожным колеям.

Преобладающее значение принадлежит песчаным отложениям, которые подвергаются интенсивному перевеванию и переносу ветром. Источником песка служат в основном древние и современные отложения крупных транзитных рек. В пределах пустынь эти реки теряют свою скорость как вследствие изменения уклонов поверхности, так и из-за значительной потери воды на фильтрацию и испарение, что немедленно вызывает интенсивную аккумуляцию. Накопление наносов совершается настолько быстро, что уровень их дна все время повышается. В результате этого, а также в связи со значительными изменениями в водообильности рек, русла их часто мигрируют, прорывают себе новые пути. Одновременно происходит и миграция дельт. Таким образом на огромных пространствах накапливаются аллювиальные отложения, сложенные в основном из песка и мелкозема. В отдельных районах пустынь встречаются пески морского происхождения, а также пески, накопленные в результате длительного действия процессов выветривания коренных пород, но они, по-видимому, имеют подчиненное значение.

Ветер при своем движении захватывает пылеватые мелкие песчаные частицы, перенося их на далекие расстояния, оставляя на месте более крупный обломочный материал. Захваченные ветром частицы переносятся двояко: во взвешенном состоянии и волочением. Величина частиц, переносимых тем или иным способом, и дальность переноса определяются скоростью. Далекий разнос пыли связан не столько с силой ветра в приземном слое, сколько с интенсивными вертикальными восходящими движениями, способствующими поднятию пыли на большую высоту.

Расстояние, на которое переносится песчаный материал, зависит не только от скорости ветра, но и от силы восходящих потоков воздуха. Чем выше будут подброшены частицы песка этими потоками, тем дальше они будут перемещаться в горизонтальном направлении. В большинстве же случаев песок или волочится по поверхности пустыни, или перемещается скачками, т.е., поднимаясь на некоторую высоту, несколько передвигается в горизонтальном направлении, затем падает, вновь поднимается и т.д.

Корразия (лат. corrasus - обтачивать) представляет собой механическую обработку обнаженных горных пород ветром при помощи переносимых им твердых частиц - обтачивание, шлифование, высверливание и т.п. Песчаные частицы поднимаются ветром на несколько метров (2 - 3, изредка до 8 - 10 м). Наибольшей концентрации гонимый ветром песок достигает в нижних приземных частях воздушного потока (до 1,0 - 2,0 м), где сосредоточивается и наибольшая корразионная работа, шлифуется и обтачивается поверхность скал, образуются на ней царапины, борозды и отдельные желоба.

Сильные и постоянные удары песка о нижние части скал подтачивают и как бы подрезают их, и они утоняются в сравнении с вышележащими. Наглядным примером коррадирующего воздействия ветра, несущего песок, является быстрое подрезание ничем не защищенных телеграфных столбов. В подтачивании скал ветру оказывают помощь процессы выветривания, которые нарушают монолитность породы. Песчаная корразия в основании скал способствует разрушению связей между отдельными частицами породы, а тем самым и быстрому удалению продуктов разрушения. Благодаря этому все новые и новые части скалы будут обнажаться и подвергаться воздействию выветривания и корразии.

Таким путем процессы дефляции, переноса, корразии и выветривания в сочетании с разнородностью состава пород придают скалам в областях пустынь своеобразные очертания. Их расширенные верхние части покоятся на относительно тонких и коротких подставках. Нередко встречаются грибообразные формы. При преобладании ветров одного направления в основании скальных возвышенностей образуются ниши и небольшие пещеры. Процессы корразии сказываются и в крупнокристаллических породах (гранитах, гнейсах и др.). Этому способствует неравномерное изменение объема зерен различных минералов при резких колебаниях температуры, под влиянием чего происходит растрескивание, шелушение породы, В результате под ударами песка и дефляции в них образуются различные ниши и ячейки. Местами наблюдаются своеобразные ячеистые скальные поверхности, напоминающие пчелиные соты в увеличенном виде. В горных породах с известковым цементом корразия и дефляция особенно усиливаются благодаря подтягиванию влаги, насыщенной растворами карбонатов, к их поверхности, нагретой на солнце. Карбонаты при испарении влаги на поверхности образуют корку, внутренняя же часть таких скал оказывается лишенной цемента, и ветер, проникая по трещинам, легко выдувает рыхлые массы песка и пыли. Так образуются различные ячеи, ниши и своеобразные пустотелые каменные сундуки.

На глинистых поверхностях пустыни при устойчивых ветрах, дующих в одном направлении, песчаные струи образуют отдельные борозды или желоба (глубиной до 1 - 2, местами до 6 м), разделенные грядами. Такие образования называются в Синьцзяне (Китай) ярдангами.

При встрече с отдельными камнями, лежащими на поверхности пустыни, песчаные струи истирают, обтачивают их со всех сторон и полируют. Этот процесс можно представить себе следующим образом: при определенном направлении ветра обломок породы с наветренной стороны постепенно истирается, шлифуется, как бы обтесывается, в результате здесь образуется гладкая грань. При изменении направления ветра или положения обломка при сильных бурях (он переворачивается ветром) такая огранка будет производиться с других сторон. Таким путем получаются интересные, характерные для пустынь плоскогранные камни в виде трехгранников или многограников с блестящими отполированными гранями и относительно острыми ребрами между ними. Количество граней и ребер определяется первичной формой камня и направлениями ветров.

2. Свойства эоловых отложений и их учет при строительстве и эксплуатации зданий

Одновременно с дефляцией и переносом происходит и аккумуляция, в результате чего образуются эоловые континентальные отложения. Среди них выделяются пески и лёссы.

Эоловые пески в большей своей части представляют собой продукты перевевания отложений рек, морей, озер и элювиальных образований, возникших при физическом выветривании. Они отличаются от песков иного генезиса некоторыми специфическими особенностями. Для эоловых песков характерны:

1) относительно хорошая окатанность зерен, при этом многие песчинки кварца и частично полевого шпата приобретают блестящую полированную поверхность (пленки пустынного загара из окиси железа);

2) лучшая отсортированность по зернистости; это преимущественно мелкозернистые и тонкозернистые пески, в которых до 80-90%, а иногда до 99% составляют частицы размером от 0,05 до 0,25 мм;

3) в составе песков преобладают устойчивые минералы - кварц и другие. Менее стойкие минералы эоловых песках не содержатся;

4) цвет преимущественно желтый, желтовато-коричневый, а в субтропических и тропических областях - красноватый;

5) косая, неправильная слоистость, то пологая, то крутонаклонная, иногда перекрещивающаяся, свидетельствующая о многократной перестройке форм при изменении ветрового режима.

Мощность эоловых песчаных накоплений наибольшая в пустынях, где она достигает нескольких десятков метров.

Лёсс представляет собой своеобразный генетический тип континентальных отложений. Это светло-желтая, палево-желтая или серовато-желтая неслоистая, местами неясно слоистая горная порода, в составе которой преобладают частицы пыли от 0,05 до 0,01 мм (более 50%). Для лесса характерны.

1) высокая пористость (42 - 50%);

2) наличие системы коротких вертикальных канальцев (следы растений, засыпаемых пылью);

3) сильная карбонатность и присутствие известковых стяжений, называемых журавчиками,

4) вертикальная отдельность и способность держать отвесные стенки в естественных обнажениях и искусственных выемках;

5) покровный характер;

6) значительные просадки при увлажнении.

Не исключена возможность того, что в отдельных случаях лёсс может образоваться и водным путем, например в краевой части конусов выноса временных горных потоков, при медленном плоскостном смыве и в других условиях. Поскольку эоловая пыль, оседая на землю, подвергается воздействию атмосферных осадков и текучих вод, то наряду с чистым эоловым лёссом могут быть развиты переотложенные водным путем лёссовидные отложения. По-видимому, в этом случае следует различать, с одной стороны, источники образования лёссового материала и способы его накопления, с другой - условия вторичного переотложения лессового материала.

Строение толщ эоловых песков характеризуется:

- неправильностью и разнообразием углов наклона слоёв;

- преобладанием пологих углов до 50 (неветренный склон) и до 30-330 (подветренный склон);

- вогнутость и выпуклость наплостований;

- большой вертикальной мощностью больших серий (до 100 м и более);

- тонкостью и однородностью песчаных зёрен;

- высокой обработанностью песчаных зёрен окатанной формы с типичной мелкоямчатой поверхностью со вторичными пленками;

- в целом очень рыхлым недоуплотнённым сложением.

Для строительства большое значение имеет закреплённость песков. По этому признаку песчаные накопления делят на подвижные (дюны, барханы) и закреплённые (грядовые, бугристые) пески. Подвижные пески не закреплены корневой системой растений и под действием ветра легко перемещаются.

Дюны образуются по берегам рек, морей в результате навевания песка ветром вокруг какого-нибудь препятствия (кустарников, неровностей рельефа, зданий и т. д.). Это холмовидные накопления песка высотой до 20-40 м и более. Характерной особенностью дюн является движение за счёт перекатывания песчинок ветром с одной стороны холма на другую. Скорость движения дюн вглубь материка определяется силой господствующих в данной местности ветров и колеблется от 0,5-1 до 20-22 м/год. Дюны обычно образуют цепь холмов.

Барханы возникают в пустынях, где постоянно дуют сильные ветры преимущественного одного направления. Это песчаные холмы серповидной формы, поперечный профиль барханов асимметричен - наветренный склон пологий, его угол откоса не превышает 12є, подветренная сторона более крутая -- угол откоса достигает 30-40є. Высота барханов в среднем достигает 60-70 м. В пустынях образуются целые барханные цепи. Барханы сложены весьма подвижными песками. Скорость их перемещения зависит от силы ветра, длительности его действия и величины бархана. Наиболее подвижны отдельностоящие барханы. Они могут перемещаться со скоростью от 5-6 до 50-70 м/год. Сложные сочетания барханов передвигаются с малой скоростью, почти незаметно для человека.

Подвижные пески опасны своим движением. Перемещаясь, они заносят поля, оазисы, каналы, дороги, здания, селения и даже города. Строительство и эксплуатация зданий и сооружений требует постоянной борьбы с подвижными песками.

Для этой цели применяют ряд методов:

1. Установку на пути движения песков щитов. Этот способ не всегда эффективен, особенно в районах, где ветер часто меняет своё направление. Иногда против выдувания песка щиты укладывают на землю.

2. Одним из главнейших способов борьбы является посадка растительности (кустарники, травы). Высаженные растения закрепляют своей корневой системой верхние слои песка.

3. Битумизация, цементация, глинизация и т. д. эти методы дорогостоящие и недолговечные.

4. Проектирование «безаккумуляционных» форм сооружений, которые облегчают пропуск движущегося песка, не давая ему возможности скапливаться в пределах сооружений.

Закреплённые пески распространены достаточно широко, особенно в районах полупустынь. Грядовые пески представляют собой вытянутые формы высотой 10-20 м; бугристые пески -- неподвижные холмы (редко высотой более 10 м) с пологими склонами. Их движение остановлено растительным покровом.

В южных районах нашей страны широко распространены рыхлые, пористые горные породы, называемые лёсом. Лёссы - очень ценные почвообразующие породы, на них всегда формируются наиболее плодородные почвы. Однако лёссы легко размываются водой, поэтому в области их распространения часто возникают овраги (распространение лёссовых пород распространено близь городов Омск, Иркутск, Якутск и Москва. На территории Москвы их больше всего.) Также лёсс образует участки выдувания - это впадины, созданные ветровой эрозией (как правило в песчаной пустыне или в сухой почве).

Пылеватые накопления встречаются за пределами пустынь. Современные пыльные бури образуют рыхлые наносы, которые через некоторое время размываются атмосферными водами. Пылеватые накопления более древнего возраста приняли участие в формировании лёссовых образований. Мощность лёссовых отложений колеблется от 1-2 до 100 м и более. Породы эти как основания зданий и сооружений обладают специфическими строительными свойствами.

Размещено на Allbest.ru