Глобальные проблемы человечества

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов.

Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.

В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.

На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в %) : охрана атмосферы 35,2 % , охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов - 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов, расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.

Геолого-геоморфологические процессы, нарушение рельефа и геологического строения

Современная геоморфология сосредотачивается на количественном анализе взаимосвязанных процессов, таких как роль солнечной энергии, скорость круговорота воды и скорость движения плит для вычисления возраста и ожидаемого будущего отдельных форм рельефа. Использование точной вычислительной техники даёт возможность непосредственно наблюдать такие процессы, как эрозию, в то время как ранее можно было основываться на предположениях и догадках. Компьютерное моделирование также очень ценно для тестирования определённой модели территории со свойствами, которые схожи с реальной территорией.

Рельеф формируется в результате взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов.

Эндогенные процессы

Тектонические движения

Тектоническими нарушениями называются перемещения вещества земной коры под влиянием процессов, происходящих в более глубоких недрах Земли. Эти движения вызывают тектонические нарушения, т. е. изменения первичного залегания горных пород. Особенно отчетливо эти изменения наблюдаются на примере осадочных пород, которые первично отлагаются в виде горизонтально залегающих пластов, а вследствие тектонических нарушений оказываются смятыми в складки или разорванными на отдельные чешуи и блоки. Тектонические движения, в конечном счете создают наблюдаемую структуру земной коры, т. е. они являются созидательными движениями («тектонос» по-гречески--созидательный). В результате этих движений возникают и основные неровности рельефа поверхности Земли.

Тектонические движения можно разделить на два типа: радиальные - колебательные, или эпейрогенические движения, и тангенциальные, орогенические. В первом типе движении напряжения передаются в направлении, близком к радиусу Земли, во втором -- по касательной к поверхности оболочек земной коры. Очень часто эти движения бывают, взаимосвязаны, или один тип движений порождает другой. В результате этих типов движений создаются три вида тектонических деформаций :1) деформации крупных прогибов и поднятий; 2) складчатые; 3) разрывные.

Первый тип тектонических деформаций, вызванный радиальными движениями в чистом виде, выражается в пологих поднятиях и прогибах земной коры, чаще всего большого радиуса. Колебания, вызывающие образование подобных форм, в отличие от сейсмических колебаний совершаются относительно медленно, ощутимых разрушений не приносят и непосредственным наблюдениям человека не поддаются.

Складчатые деформации вызываются тангенциальными движениями и выражаются в виде складок, образующих длинные или широкие пучки, иногда короткие, быстро затухающие моршины.

Третий тип тектонических деформаций характеризуется образованием разрывов в земной коре и перемещением отдельных участков ее вдоль трещин этих разрывов. Разрывные нарушения очень часто являются производными от первых двух типов, но в большей мере от складчатых. Установить причину той или иной деформации не всегда удается, так как, кроме вышеуказанных типов движений, деформации могут образоваться в связи с внедрением магмы и т. и. Поэтому нарушения в земной коре классифицируют не по типу вызвавших их движении, а по форме или каким-либо другим особенностям самих нарушений.

РАДИАЛЬНЫЕ (ЭПЕЙРОГЕНИЧЕСКИЕ) ДВИЖЕНИЯ

Земная кора, несмотря на ее твердость и прочность, испытывает повсеместные изменения. Она изгибается, колеблется наподобие того, как изгибается морская поверхность под влиянием притяжения Солнца и Луны. Вдали от берегов не удается наблюдать невооруженным глазом изгибы морской поверхности и изгибы Земли. В отличие от изгибов морской поверхности, достигающих максимальных размеров каждые 12 часов, колебания земной коры нарастают очень медленно: увеличение их идет со скоростью нескольких миллиметров, реже сантиметров в год. Но движения столь незначительных размеров приводят часто к весьма ощутимым результатам, если учесть, что такие движения протекают в одном направлении в течение многих десятков и сотен тысячелетий и даже многих миллионов лет.

Если мы представим себе, что какой-то участок земной коры поднимался со скоростью 1 см/год, то только за самый короткий в истории Земли четвертичный период, продолжительностью около 1 млн. лет, он поднялся бы на 10 км над своим первоначальным положением, т. е. стал бы самой высокой горой мира. На самом деле скорость вертикальных движений чаще еще меньше, чем в приведенном выше примере.

Лучше всего результаты этих движений выявляются при сравнении положения какого-либо участка Земли с постоянным уровнем, за который условно можно принять уровень океана или связанного с океаном моря.

СКЛАДЧАТЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ

Складчатые нарушения вызваны главным образом тангенциальнм напряжением. В большинстве случаев образование их связано с уплотнением или сжатием вещества Земли. В отдельных случаях тангенциальные или косо направленные напряжения тектонических движений могут разложиться на горизонтальные и вертикальные вектора сил и тогда складчатые деформации могут возникнуть непосредственно от влияния вертикальных сил. Вполне возможно, что в основе многих тангенциальных направлений лежат также вертикальные движения, передающие напряжения от глубинных течений.

Складчатые нарушения морфологически подразделяются на два основных типа: выпуклые и вогнутые. В случае горизонтального среза в ядре выпуклой складки располагаются более древние по возрасту пласты, а на крыльях - более молодые. Вогнутые изгибы, наоборот, имеют в ядре более молодые отложения. В складках выпуклые крылья обычно наклонены в стороны от осевой поверхности.

РАЗРЫВНЫЕ, ИЛИ ДИЗЪЮНКТИВНЫЕ, ТЕКТОНИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ

Разрывными тектоническими нарушениями называют такие изменения, при которых нарушается сплошность (целостность) горных пород.

Разрывные нарушения разделяются на две группы: разрывы без смещения разделенных ими пород относительно друг друга и разрывы со смещением. Первые называются тектоническими трещинами, или диаклазами, вторые -- параклазами.

ПРИЧИНЫ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ

Вопрос о причинах тектонических движений до сих пор не может считаться разрешенным. Существует много гипотез, объясняющих их, но почти все исследователи считают, что причины тектонических движений земной коры связаны с саморазвитием земного шара, и силы, вызывающие эти движения, зарождаются где-то на глубине. Следовательно, при выяснении этих причин решающее значение имеют строение и состав внутренних зон Земли, а также процессы, совершающиеся в глубоких частях земного шара. До сих пор нет единого мнения о причинах тектонических движений, поэтому существует ряд гипотез и теорий, дающих только общие представления или субъективные мнения по данному вопросу.

Контракционная теория. Многие из (приверженцев гипотезы Канта-Лапласа о первоначально расплавленном состоянии земного шара считают, что земная кора образовалась вследствие его остывания, постепенно нарастая и утолщаясь со временем. С остыванием подкорового расплавленного вещества было связано сокращение его объема. Между уменьшившимся в объеме ядром и твердой корой возникла потенциальная пустота. Приспосабливаясь к новой форме ядра, земная кора, сокращаясь в объеме, сминалась в складки, разламывалась. Таким образом, эта гипотеза связывает развитие Земли с ее сжатием и получила название контракционной.

Процесс смятия земной коры в складки согласно контракционной гипотезе определяют тангенциальные, т. е. направленные вдоль земной поверхности, напряжения. Вертикальные движения, т. е. опускание и поднятие отдельных участков, являются производными от тангенциальных движений. Из-за неоднородности земной коры ее смятие осуществлялось не на всей поверхности, а только в участках, где земная кора более пластична.

Эти участки, называемые геосинклиналями, со временем становились все уже и уже, а так как в основном только в них происходило сжатие коры, то с течением времени оно становилось все более интенсивным. Так, например, по мнению сторонников контракционной теории, земная кора на участке Альпийских гор в третичное время сократилась за счет складчатости и надвигов (шарьяжей) в 4--5 раз. И если ширина этой полосы раньше была 2000 км, то теперь она уменьшилась до 400-- 500 км. Так как давление обычно бывает неравномерным, то образовавшиеся складки наклоняются или опрокидываются по направлению наибольшего давления.

Контракционная теория, господствовавшая в геологии во второй половине XIX в. и в начале XX в., встретила затем резкую критику со стороны ряда геологов: во-первых, теория недостаточно объясняла вертикальные движения и изгибы коры, связанные с ними, и колебательные движения переменного знака, во-вторых, она не могла убедительно объяснить периодичность складкообразовательных процессов. Остывание Земли шло равномерно, но складкообразование происходило через определенные промежутки времени и занимало относительно небольшой отрезок времени.

Контракционная гипотеза в изложении исследователей XIX в. только в общих чертах объясняла процесс складкообразования, не касаясь конкретных разнообразных форм этого процесса. Появившаяся в наши дни гипотеза О. Ю. Шмидта о возникновении планет из холодной материи ставит под сомнение и основное положение старого варианта контракционной гипотезы о непрерывном охлаждении Земли.

В наше время контракционная теория развивается и совершенствуется многими учеными (Н. С. Шатский, В. Е. Хаин и др.), которые считают, что в основе сжатия лежит не охлаждение Земли, а процессы гравитационного уплотнения вещества с его фазовыми превращениями.

Если принять во внимание, что сжатие Земли происходит неравномерно и что вследствие этого отдельные блоки земной коры опускаются менее интенсивно, чем другие, то этой неравномерностью движения можно объяснить причину вертикальных перемещений и колебательные движения. Трудно объяснить, однако, причину изменения знака движений, т. е. замену опусканий поднятиями и наоборот.

Гипотеза изостазии. Для объяснения вертикальных колебательных движений, не объяснимых с точки зрения контракционной гипотезы, английским ученым Праттом была выдвинута в 1855г. гипотеза, получившая название изостатической. В основе ее лежало предположение, что твердая земная кора плавает на жидкой или вязкой магме, причем во взаимоотношениях между этими двумя различными по физическим свойствам оболочками существует определенное равновесие, которое легко может нарушаться. Если на каком-нибудь участке увеличивается нагрузка земной коры, то этот участок, или блок, начинает погружаться в жидкую оболочку.

Увеличение или уменьшение нагрузки в отдельных участках земной коры совершается очень часто. В горной стране происходит разрушение вершин вследствие денудации, следовательно, вес этого участка уменьшается, и происходит поднятие, т. е. «всплывание» блока гор. Одновременно с этим прилежащие к горному массиву впадины нагружаются обломочным материалом, сносимым с пор, и испытывают погружение в магматический слой. Так происходят колебательные движения согласно гипотезе изостазии.

Магматизм

Магматизм -- термин, объединяющий эффузивные (вулканизм) и интрузивные (плутонизм) процессы в развитии складчатых и платформенных областей. Под магматизмом понимают совокупность всех геологических процессов, движущей силой которых является магма и её производные. Магматизм является проявлением глубинной активности Земли; он тесно связан с ее развитием, тепловой историей и тектонической эволюцией.

Выделяют магматизм:

геосинклинальный,

платформенный,

океанический,

магматизм областей активизации.

По глубине проявления:

абиссальный,

гипабиссальный,

поверхностный.

По составу магмы:

ультраосновной,

основной,

средний,

кислый,

ультракислый.

В современную геологическую эпоху магматизм особенно развит в пределах Тихоокеанского геосинклинального пояса, срединно-океанических хребтов, рифтовых зон Африки и Средиземноморья и др. С магматизмом связано образование большого количества разнообразных месторождений полезных ископаемых

Метаморфизм

Метаморфизм (греч. metamorphoуmai -- подвергаюсь превращению, преображаюсь) -- процесс твердофазного минерального и структурного изменения горных пород под воздействием температуры и давления в присутствии флюида. Выделяют изохимический метаморфизм -- при котором химический состав породы меняется несущественно, и не изохимический метаморфизм (метасоматоз) для которого характерно заметное изменение химического состава породы, в результате переноса компонентов флюидом.

По размеру ареалов распространения метаморфических пород, их структурному положению и причинам метаморфизма выделяются:

Региональный метаморфизм который затрагивает значительные объемы земной коры, и распространен на больших площадях.

Метаморфизм сверхвысоких давлений

Контактовый метаморфизм приурочен к магматическим интрузиям и происходит от тепла остывающей магмы.

Динамометаморфизм происходит в зонах разломов, связан со значительной деформацией пород.

Импактный метаморфизм происходит при ударе метеорита о поверхность планеты.

Автометаморфизм

Основные факторы метаморфизма

Основными факторами метаморфизма являются температура, давление и флюид.

Температура - важнейший фактор метаморфизма, влияющий на процессы кристаллообразования и определяющий состав минеральных ассоциаций. Метаморфические преобразование горных пород происходит в температурном интервале 250 -1100°C. Именно на этом рубеже, в связи с резким возрастанием скоростей химических реакций, проводится граница между диагенезом и метаморфизмом.

Флюидом называются летучие компоненты метаморфических систем. Это в первую очередь вода и углекислый газ. Реже роль могут играть кислород, водород, углеводороды, соединения галогенов и некоторые другие. В присутствии флюида область устойчивости многих фаз (особенно содержащих эти летучие компоненты) изменяются. В их присутствии плавление горных пород начинается при значительно более низких температурах.

Фации метаморфизма

Метаморфические породы очень разнообразны. В качестве породообразующих минералов в них установлено более 20 минералов. Породы близкого состава, но образовавшиеся в различных термодинамических условиях, могут иметь совершенно разный минеральный состав. Первыми исследователями метаморфических комплексов было установлено, что можно выделить несколько характерных, широко распространенных ассоциаций, которые образовались в разных термодинамических условиях. Первое деление метаморфических пород по термодинамическим условиям образования сделал Эскола. В породах базальтового состава он выделил зеленые сланцы, эпидотовые породы, амфиболиты, гранулиты и эклогиты. Последующие исследования показали логичность и содержательность такого деления. В дальнейшем началось интенсивное экспериментальное изучение минеральных реакций, и усилиями многих исследователей была составлена схема фаций метаморфизма - Р-Т диаграмма, на которой показаны полу- устойчивости отдельных минералов и минеральных ассоциаций. Схема фаций стала одним из основных инструментов анализа метаморфических комплектов. Геологи, определив минеральный состав породы, соотносили её с какой либо фацией, и по появлению и исчезновению минералов составляли карты изоград - линий равных температур. В практически современном варианте схема фаций метаморфизма была опубликована группой ученых под руководством В.С. Соболева в Сибирском отделении АН СССР.

Состав метаморфических систем: Протолит

Экзогенные процессы

Выветривание

Вывемтривание -- совокупность сложных процессов качественного и количественного преобразования горных пород и слагающих их минералов, приводящих к образованию продуктов выветривания. Происходит за счёт действия на литосферу гидросферы, атмосферы и биосферы. Если горные породы длительное время находятся на поверхности, то в результате их преобразований образуется кора выветривания. Различают три вида выветривания: физическое (лёд, вода и ветер)(механическое), химическое и биологическое.

Физическое (механическое) выветривание

Чем больше разница температур в течение суток, тем быстрее происходит процесс выветривания. Следующим шагом в механическом выветривании является попадание в трещины воды, которая при замерзании увеличивается в объёме на 1/10 своего объёма, что способствует ещё большему выветриванию породы. Если глыбы горных пород попадут, например, в реку, то там они медленно стачиваются и измельчаются под воздействием течения. Селевые потоки, ветер, сила тяжести, землетрясения, извержения вулканов также содействуют физическому выветриванию горных пород. Механическое измельчение горных пород приводит к пропусканию и задерживанию породой воды и воздуха, а также значительному увеличению площади поверхности, что создает благоприятные условия для химического выветривания.

Химическое выветривание

Химическое выветривание -- это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и качественного изменения их химического состава с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода -- энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород -- гидролиз, приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решётки на ионы водорода диссооциированных молекул воды:

KAlSi3O8+H2O>HAlSi3O8+KOH

Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решётки ортоклаза. При наличии CO2 KOH переходит в форму карбоната:

2KOH+CO2=K2CO3+H2O

Взаимодействие воды с минералами горных пород приводит также и к гидратации -- присоединению частиц воды к частицам минералов. Например:

2Fe2O3+3H2O=2Fe2O·3H2O

В зоне химического выветривания также широко распространена реакция окисления, которой подвергаются многие минералы содержащие способные к окислению металлы. Ярким примером окислительных реакций при химическом выветривании является взаимодействие молекулярного кислорода с сульфидами в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окисей железа образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов:

2FeS2+7O2+H2O=2FeSO4+H2SO4;

12FeSO4+6H2O+3O2=4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3;

2Fe2(SO4)3+9H2O=2Fe2O3·3H2O+6H2SO4

Биологическое выветривание

Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения и т. д.)

Склоновые процессы

К склонам относятся участки поверхности Земли с углом наклона, превышающим 1°. Они занимают не меньше 3/4 площади суши. В зависимости от особенностей состава горных пород склоновые процессы имеют различный облик:

Оползни -- скользящее смещение масс рыхлых горных пород по склону под действием силы тяжести. Оползнями называют и формы рельефа, возникшие в результате оползания на склонах долин, на берегах рек,озер, морей. Скольжение масс породы происходит по склонам, подмываемым берегам рек. «Подошва» оползня часто скользит по насыщенному водой слою. Поэтому весной после продолжительных дождей оползни оживают. Скорость их движения различна.Сползший оползень покрывает нижнюю часть склона ступенями или буграми. Оползень может толкать перед собой рыхлые горные породы, из которых у подножья холма образуется оползневый вал. Оползневый рельеф типичен для побережья Черного и Азовского морей, для южной части Русской равнины. Нередко на поверхности оползня сохраняются деревья, росшие здесь до его образования. При сползании они наклоняются в разные стороны, и возникает так называемый «пьяный лес». Оползни могут разрушить дома, транспортные магистрали, приводят к человеческим жертвам. Так как они наносят большой ущерб народному хозяйству, с ними ведется борьба, заключающаяся главным образом в отводе поверхностных и грунтовых вод от места, подверженного оползневым явлениям. Изучением этого явления и борьбой с ним занимаются специальные оползневые станции.

Обвал -- это быстрое обрушение крупных глыб или массива горных пород с крутых откосов. Возникает он внезапно, когда породы на склоне теряют устойчивость в результате подмыва их рекой или морем, а также при землетрясениях, при строительных работах на склонах. Обвалы отличаются от оползней тем, что последние сползают без опрокидывания и сильного дробления. Особенно грандиозны обвалы в молодых горах.

Лавины -- большие массы снега, обрушивающиеся с горных склонов. Они вовлекают в движение горные породы, слагающие склоны. Внизу, у основания склонов, скапливаются снесенные с них обломки, разбитые деревья, содранный дерн. Лавине предшествуют сильные снегопады и метели. Сила ее огромна: ведь в одно мгновение обрушивается до миллиона тонн плотно слежавшегося за зиму снега. Лавины можно предвидеть. С этой целью создана сеть лавинных станций на Кавказе, Тянь-Шане, Памире, в Хибинах. На станциях ведутся постоянные наблюдения за погодой, накоплением снега, состоянием очагов лавинной опасности, поскольку это явление приносит большие разрушения и человеческие жертвы. Различные меры защиты выбираются в зависимости от конкретных условий.

Склоновые процессы, как и выветривание, относятся к экзогенным (внешним) процессам, влияющим на изменение рельефа.

Карст

Карст (от нем. Karst, по названию известнякового плато Крас в Словении) -- совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью).

Развитие карста

Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия: а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам; б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность; в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод; г) минерализация воды на входе в грунт, должна быть меньше растворимости породы.

Виды карста

По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров. Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами -- неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.

Псевдокарст

Существуют также формы, внешне очень похожих на карст. Они называются псевдокарстовыми формами. Одной из разновидностей псевдокарста является термокарст. Термокарст связан с таянием погребенного льда или протаиванием мерзлых пород в областях распространения вечной мерзлоты. Другой разновидностью является глинистый карст. Это глубокие подземные ходы и провалы, очень напоминающие настоящий карст, возникающие в сильно карбонатных суглинках и глинах при условии хорошо развитой трещиноватости.

Суффозия

Суффозия (от лат. suffosio -- подкапывание) -- вынос мелких минеральных частиц породы фильтрующейся через неё водой. Процесс близок к карсту, но отличается от него тем, что суффозия является преимущественно физическим процессом и частицы породы не претерпевают дальнейшего разрушения. Суффозия приводит к проседанию вышележащей толщи и образованию западин (суффозионных воронок, блюдец, впадин) диаметром до 10 и даже 100 метров, а также пещер. Другим следствием может быть изменение гранулометрического состава пород как подверженных суффозии, так и являющихся фильтром для вынесенного материала. Наиболее широкое развитие суффозия получает в области распространения лёссов и лёссовидных суглинков, под склонами долин рек, часто по ходам роющих животных. Одним из необходимых условий суффозии является наличие в породе как крупных частиц, образующих неподвижный каркас, так и вымывающихся мелких. Вынос начинается лишь с определенных значений напора воды, ниже которых происходит только фильтрация. В карбонатных и гипсоносных песчано-глинистых отложениях и мергелях карст и суффозия могут проявляться одновременно. Это явление носит название глинистый карст или глинистый псевдокарст.

Виды суффозии:

Механическая -- вода при фильтрации отрывает и выносит целые частицы (глинистые, песчаные)

Химическая -- вода растворяет частицы породы (соли, гипс) и выносит продукты разрушения

Химико-физическая -- смешанная (часто проискодит в лёссе)

Флювиально-скульптурные формы рельефа и геоморфологические комплексы

Только в полярных ледовых зонах сток происходит в форме ледников, на всей остальной суше в виде ручьев и рек. Текучая вода производит работу повсеместно, и формы рельефа, сю созданные, универсальны; они есть даже в тропических пустынях. Флювиальные геоморфологические комплексы занимают больше половины (59%) площади всей суши. В их размещении по равнинам прослеживаются определенные закономерности. Эрозионные формы, как показал В. В. Докучаев еще в 1878 г., образуют эволюционный ряд. Плоскостный смыв, переходя в линейный, формирует начальные формы эрозионного расчленения -- промоины и борозды размыва. Вовремя не остановленная эрозия приводит к тому, что промоины и борозды размыва перерастают в рытвины, в овраги, которые со временем переходят з балки, лога или суходолы. Если водный поток постоянный, развиваются речные долины, морфология которых также изменяется с возрастом. Интенсивность эрозионного расчленения местности определяется энергетическим уровнем работы текучей воды. В общих чертах он тем выше, чем больше сток. Однако ось полосы максимального эрозионного расчленения смещена в сторону семнаридного (полуаридного) климата (на Русской равнине -- в зону лесостепи и северных степей). При характеристике профиля нормального падения рек мы уже говорили, что глубина эрозионного расчленения территории зависит также и от ее высоты, от положения базиса эрозии. Из двух рядом расположенных участков равнины -- Среднерусской возвышенности и Окско-Донской низменности -- более изрезана оврагами и глубокими долинами первая. Коренные изменения в эту закономерность вносит литология пород. Граниты и диабазы Балтийского щита весьма трудно эродируются, тогда как лессы степной полосы глубоко размываются каждым ливневым дождем. Результаты эрозии, как и всякого процесса, пропорциональны времени ее действия. На территориях, освободившихся ото льда 10--13 тыс. лет назад, эрозионные формы выражены несравненно слабее, чем на местностях с древним рельефом. Сопряженно с эрозией создаются аккумулятивные формы рельефа. Объем вынесенного и отложенного реками материала, конечно, одинаков, но часть его откладывается за пределами суши, в морях, на шельфе или в геосинклиналях, так что для материков эрозионно-аккумулятивный баланс отрицательный. Зато эпохи горообразования не только возвращают материкам утраченное, но значительно увеличивают их площадь. Выделяется несколько геоморфологических комплексов флювиального рельефа: 1) овражно-балочный и сыртовый, 2) сухие русла -- вади и узбои, 3) речные долины и эрозионное расчленение равнин, 4) оползни и суффозионные впадины и 5) карстовый рельеф.

Ледниковая геоморфология

Гляциология

Гляциоломгия (от лат. glacies - лед, греч. льгпт -- слово, учение) -- наука о природных льдах во всех его разновидностях на поверхности земли, в атмосфере, гидросфере и литосфере. Единым природным объектом изучения гляциологии являются гляциосфера и составляющие её нивально-гляциальные системы.

Отрасли и направления гляциологии

По основному конкретному объекту исследований гляциология делится на несколько отраслей:

ледниковедение

снеговедение

лавиноведение

ледоведение водоемов и водотоков

палеогляциологию.

По взаимосвязям со смежными науками и специфическим методам в гляциологии выделяется ряд направлений:

гляциоклиматология

гляциогидрология

структурная гляциология

динамическая гляциология

изотопная и геохимическая гляциология

четвертичная гляциогидрология

Вместе с геокриологией (мерзлотоведением), изучающей многолетнюю криолитозону, гляциология объединяется в криологию Земли, объектом которой служит криосфера в целом.

История

Как самостоятельная область знания гляциология начала формироваться к концу XVIII -- началу XIX века на базе геологии и гидрологии. Первоначально понятие «гляциология» связывалось только с изучением горных ледников и ледниковых покровов Арктики и Антарктиды.

XIX век

Начало гляциологии как науке о ледниках положил швейцарский естествоиспытатель О. Соссюр сочинением «Путешествие в Альпы» (1779--96). В 19 в. наметился общий круг проблем гляциологии, но систематических материалов о ледниках не хватало, методы исследований были примитивны и знания о физике льда недостаточны. Поэтому первый этап развития гляциологии был преимущественно описательным и характеризовался накоплением сведений главным образом о формах оледенения стран умеренного климата. Многие закономерности горного оледенения не всегда обоснованно распространялись на все другие типы ледников.

Большое значение для становления гляциологии имели труды Л. Агассиса, Д. Форбса, Дж. Тиндаля, Ф. Фореля, С. Финстервальдера, А. Гейма, Р. Клебельсберга, Х. Рейда и др. за рубежом и исследования Н. А. Буша, В. И. Липского, В. Ф. Ошанина, К. И. Подозерского, В. В. Сапожникова, Б. А. Федченко, П. А. Кропоткина и др. в России, где изучение ледников проводилось со 2-й половины XIX в. в основном по инициативе Русского географического общества (здесь была создана т. н. ледниковая комиссия под руководством И. В. Мушкетова).

XX век

В 20 в. начался второй этап в развитии гляциологии, отличающийся обширными исследованиями полярного оледенения, глубоким проникновением в природу льда и в сущность физических явлений в ледниках, организацией стационарных работ на ледниках, применением ряда новых точных методов (фотограмметрия, аэрофотосъёмка, геофизическое зондирование, пыльцевой анализ, термическое бурение и др.). Серьёзными достижениями этого периода является также постановка работ по определению реологических характеристик льда (Д. Глен, К. Ф. Войтковский и др.) и петрографических особенностей различных видов льда, отождествляемых с горными породами (П. А. Шумский). Разработаны генетическая классификация льдов и теории пластического и вязко-пластического движения ледников (Д. Най, Л. Либутри, В. Н. Богословский, С. С. Вялов, П. А. Шумский и др.), заменившие гипотезы скольжения, объёмных изменений, режеляции, скалывания и др. Расширены представления о зависимости ледников от колебаний климата (Д. Най), о бюджете вещества и энергии в ледниках (П. А. Шумский), о температурном режиме ледников (М. Лагалли, Гляциология А. Авсюк и др.), о циклах оледенения (У. Хобс, М. В. Тронов, К. К. Марков, С. В. Калесник и др.). Детально разработана проблема хионосферы и снеговой границы (Х. Альман, М. В. Тронов, С. В. Калесник). Собран и проанализирован обширный материал о колебаниях ледников и их географическом распространении. Были открыты новые ледники и даже районы современного оледенения, в том числе на Урале, Восточном Саяне, в бассейне р. Индигирка, на полуострове Таймыр, в Корякском и Становом нагорьях. Составлены монографии по современному оледенению: для Северного полушария (под редакцией В. Филда), Высокой Азии (Гляциология Висман) и др. районов Земли. В СССР опубликованы описания и каталоги ледников Кавказа (К. И. Подозерский, П. А. Иваньков), Алтая (М. В. Тронов), Средней Азии (Н. Л. Корженевский, Н. Н. Пальгов, Р. Д. Забиров), Камчатки (П. А. Иваньков), Советской Арктики (П. А. Шумский), Антарктиды (П. А. Шумский и др.), дана общая картина оледенения горных районов СССР (С. В. Калесник). Развитию гляциологияи способствовала координация гляциологических исследований в периоды Первого (1882--1883) и Второго (1932--33) Международного полярного года и особенно во время Международного геофизического года (МГГ, 1957--58, дополнительно в 1959). Важное место занимает изучение льда и ледников в комплексе исследований, проводящихся по программе Международного гидрологического десятилетия (1965--75). На основе новых данных, полученных в результате проведения МГГ, ведётся составление сводного каталога ледников СССР.

Эоловые процессы

Процессы и формы рельефа, связанные с работой ветра, названы эоловыми в честь древнегреческого бога Эола, повелителя ветров. Различают дефляцию - вынос ветром продуктов разрушения горных пород; коррозию - обтачивание, выдалбливание поверхности твердыми частицами, несомыми ветром; перенос эолового материала и его аккумуляцию (накопление). Процессы эти происходят везде, где есть незакрепленные рыхлые отложения, например на песчаных берегах рек. Даже в тундре среди болот можно видеть развеиваемые ветром вершины песчаных холмов, где растительность была разбита копытами оленей или гусеницами вездеходов. Особенно явно ветер демонстрирует свою силу во время бурь и ураганов, когда крутящиеся, быстро передвигающиеся столбы воздуха - смерчи - разрушают дома и мосты, подхватывают и переносят мелкие предметы, попавшиеся на их пути.

Эоловый город

В 1906 г. в Китайской Джунгарии у подножия гор Караарат экспедиция русского геолога В.А. Обручева попала, как вначале показалось ее участникам, в развалины древнего города. Здесь были здания, правда лишенные окон, башни, обелиски, скалы, похожие на бюст человека в шлеме и фигуру коленопреклоненной женщины в широком платье, и даже сфинкс. Человек в возведений этих сооружений не участвовал. Это "эоловый город" - результат совместного действия ветра и пустынного выветривания на древние песчаники и глины. При чередовании пластов различных пород ветер и выветривание разрушают прежде всего более податливые, вытачивая из скал самые причудливые фигуры (дефляционные останцы).

Береговые процессы

При перемещении вдольберегового потока наносов морские бухты могут отчленяться песчаными барами и превратиться в озера. Если такой бар остается стабильным, образовавшееся соленое озеро затем опресняется.

Биогенные процессы

Значение организмов в жизни Земли велико и разнообразно. Процессы изменения поверхности Земли в результате деятельности живых организмов называются биогеоморфологическими, а рельеф, создаваемый при участии растений и животных, - биогенным. Это в основном нано-, микро- и мезоформы рельефа. Грандиозный процесс, совершаемый в значительной степени благодаря организмам, - осадкообразование (например, известняки, каустобиолиты и другие породы). Растения и животные участвуют также в сложном универсальном процессе - выветривании горных пород, как в результате непосредственного воздействия на горные породы, так и за счет продуктов их жизнедеятельности. Недаром иногда наряду с физическим и химическим выветриванием выделяют биологическое. Растения и животные оказывают существенное влияние на разные природные процессы, например эрозионные. Уничтожение растительности на крутых склонах, вытаптывание растений животными (так называемые «скотобойные тропы»), разрыхление грунтов роющими животными - все это усиливает эрозию. Это особенно опасно на горных склонах, где осуществляется отгонно-пастбищное скотоводство. Там вследствие чрезмерной пастбищной нагрузки нередко оживают разнообразные масштабные склоновые процессы, результаты которых ощущаются даже в предгорьях. Залужение склонов (посев луговых многолетних длиннокорневищных трав) скрепляет почвогрунты и уменьшает эрозию. Обильная водная растительность в реках, а также обитатели водоемов оказывают влияние на русловые процессы. Бобровые плотины изменяют гидрологический режим рек и геоморфологические процессы в русле реки. Из-за подпруживания рек на участках выше бобровых плотин формируются заболоченные, закочкаренные поймы. Растительность способствует зарастанию озер, заполняя их органической массой. В результате на месте озерных котловин возникают выровненные кочковатые поверхности болот. В тундре весьма характерны торфяные бугры. Растения и животные активно участвуют в создании некоторых типов аккумулятивных берегов. В экваториально-тропических широтах формируются мангровые берега, растущие в сторону моря ввиду отмирания растительной массы. В умеренных широтах по берегам морей и озер возникают аналогичные им тростниковые берега. На побережьях морей из раковин животных при участии волновой деятельности создаются ракушечные пляжи. Широко известны и такие аккумулятивные формы рельефа, как коралловые постройки: береговые, барьерные (например, Большой Барьерный риф у берегов Австралии), кольцевые атоллы, которых много в Тихом и Индийском океанах. Образованию биогенного рельефа способствуют и роющие животные. В результате выбросов земли они создают кротовины, сурчины, байбачины - холмики до метра высотой. Холмы-термитники достигают до 4-5 м высоты при диаметре 15-20 м и создают своеобразный мелкохолмистый рельеф в австралийских и африканских саваннах. Животные и растения производят разрушительную работу, которая часто проявляется гораздо многообразнее и сложнее, чем аналогичная деятельность различных агентов неживой природы (ветра, воды и др.).

Аккумулятивная деятельность животных и растений обусловливает большое разнообразие положительных форм рельефа. Можно, например, указать на кочки-сурчины, представляющие собой выбросы грунта из нор. Однако наиболее крупные положительные формы рельефа образуются вследствие накопления растительных остатков в виде торфа. На поверхности верховых болот часто встречаются гряды, сложенные торфом. Вместе с разделяющими их понижениями (мочажинами) они создают своеобразную грядово-мочажинную поверхность болот. Высота гряд над поверхностью мочажин колеблется в пределах от 15 до 30 см и редко достигает 50-70 см. В результате жизнедеятельности животных и растений возникают различные формы рельефа, которые можно подразделить на следующие основные группы:

формы рельефа, обусловленные их разрушительной деятельностью;

формы рельефа, обусловленные их аккумулятивной деятельностью.

Антропогенные геологические процессы

К антропогенным процессам относятся: формирование и проходка горных выработок, заборы подземных вод скважинами, прокладка линий метро и железных дорог, проведение взрывных работ. Такие процессы приводят к просадке почвы, вибрациям, обвалам и т.п. Кроме того, антропогенные отложения образуются при открытых разработках в виде отвалов горных пород, в виде гидроотвалов при очистке речных русел для углубления реки, за счет накопления различного мусора в пределах городских территорий на специально отведенных площадках под свалки твердых отходов и строительного мусора, на полях фильтрации жидких отходов, за счет накоплений отходов золы на ТЭЦ и шлаков металлургических заводов. В связи с этим, по способу накопления антропогенные отложения подразделяют на насыпные, намывные, уплотненные и химико-физически преобразованные. Строительные свойства антропогенных отложений неоднозначны и зависят от способов образования, в результате которых произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья.

Космогенные процессы

Космическое воздействие на Землю, в основном, состоит из следующих факторов:

солнечная активность (СА),

взаимодействие Земли с планетами и Луной,

столкновение Земли с астероидами и кометами («теория катастроф»).

Солнечная активность (СА). Воздействие Солнца на планеты наиболее сильно проявляется на расстояние от Солнца до 3 а.е. Здесь располагаются Меркурий, Венера, Земля и Марс. Воздействие СА на Землю, впервые доказанные в начале 20-го века русским ученым А.Л.Чижевским (солнечно-земные связи), происходит по следующей схеме: возмущения на Солнце ® вариации магнитного поля межпланетной среды ® отклик магнитосферы и ионосферы ® изменения в кинематике вращения и обращения Земли ® вариации напряженности и спектра электромагнитных полей у поверхности Земли ® и далее до ее ядра. Между солнечным ветром и магнитосферой Земли происходит взаимодействие: дневная сторона (“правая”) Земли сжимается солнечным ветром посредством магнитного поля Земли (до 10 земных радиусов от Земли), а ночная (“левая”) - вытягивается в невидимый хвост, длиной во многие миллионы километров (около 10 тыс. радиусов Земли). Затем идет реакция всех подсистем Земли: в магнитосфере возникают возмущения (магнитные бури), полярные сияния, ультрафиолетовая радиация, ионизация верхних слоев атмосферы, колебания напряженности атмосферного электричества, давления воздуха. В солнечно-климатических связях схема аналогичная, но добавляются изменения в кинематике вращения и обращения Земли: возмущения на Солнце > вариации магнитного поля межпланетной среды > отклик магнитосферы и ионосферы Земли > вариации напряженности и спектра электромагнитных полей у поверхности Земли > изменения в кинематике вращения и обращения Земли. Зависимость изменение скорости вращения Земли вокруг своей оси от СА было открыто еще Джонсоном (“эффект Джонсона”). В солнечно-биосферных связях (А.Чижевский, 1930) учитывается схема: возмущения на Солнце > вариации магнитного поля межпланетной среды > отклик магнитосферы и ионосферы Земли > вариации напряженности и спектра электромагнитных полей у поверхности Земли > сдвиг в физиологических показателях организма. Чижевским были выявлены влияния СА на:

магнитосферу Земли: на напряженность земного магнетизма, частоту полярных сияний и появление перистых облаков, частоту появления гало и венцов вокруг Солнца и Луны, количество ультрафиолетовой радиации, радиоактивность окружающей среды, степень ионизации верхних слоев атмосферы, изменение радиоприема, колебание напряженности атмосферного электричества, землетрясений;

атмосферу Земли: на частоту и интенсивность грозовой деятельности, количество озона в воздухе, инсоляцию, температуру воздуха и воды морей, давление воздуха, частоту бурь, ураганов, смерчей, количество осадков, частоту градобитий, число полярных айсбергов, высоту уровня озер, величину иловых отложений, колебание климата.

Лунные приливы

Отмечаются три основные влияния Луны на Землю:

1) возбуждение приливных сил на Земле, которые вызывают тепловые изменения в глубинах нашей планеты;

2) большой силовой усилитель тектонических процессов;

3) изменение скорости вращения Земли.

Приливы (и прецессию) на Земле создаются преимущественно двумя объектами - Луной и Солнцем. Из-за того, что одна сторона Земли ближе к Луне, лунное гравитационное притяжение оказывается на ближней стороне на 7% больше, чем на дальней. Это и приводит к приливам и отливам в океанах, слабым приливным явлениям в атмосфере и даже вызывает приливные колебания твердой земной коры с амплитудой около 10 см. Приливы на Земле, создающиеся Луной в среднем равны 40 см. Прилив от Солнца в 2,2 раза меньше лунных. Замечено, что наибольшая высота прилива в океанах равна 2 метрам. В каждом данном районе океана каждые 24 ч 50 мин дважды происходит прилив и дважды - отлив (если не вмешаются какие-либо осложняющие факторы). Ежесуточное отставание на 50 мин обусловлено опережающим движением Луны по ее орбите вокруг Земли, которая, непрерывно вращается, вынуждена догонять Луну. Переход кинетической приливной энергии в тепло происходит вследствие внутреннего трения вещества в приливных горбах, вслед за Луной обегающих Землю и деформирующих ее тело. Одновременно в течение лунного месяца (27 дней) приливообразующая сила Луны колеблется от максимума в перигее (максимальное сближение с Землей) до минимума в апогее (максимальное удаление от Земли). В перигее приливообразующие силы на 40% больше, чем в апогее. Наибольшее значение сила приливов достигает при совпадении перигелия с сизигиями (новолунием и полнолунием), что происходит раз в год. Накладываясь на солнечные, лунные приливы меняют их характеристики. Подобное происходит 2 раза в лунный месяц (27 дней). В это время приливные силы Луны и Солнца складываются и возникают необычно высокие приливы. В первой и третьей четвертях Луны, когда приливные силы Солнца и Луны направлены под прямым углом друг и другу, они оказывают противоположное воздействие, и высота лунных приливов оказывается ниже приблизительно на одну треть (“квадратурные приливы”). Суточные изменения деформаций не линейны. Амплитуды приливов растут весной, когда Солнце и Луна находятся в соединении; она растут также при приближении Луны к Земле (перигейные приливы); и, наконец, суточные приливы, зависящие от склонения Солнца и Луны. Лунные циклы обуславливают изменение глобальной циркуляции атмосферного воздуха и поверхности Мирового океана по территории Земли, что влияет на изменение давления воздуха, температуры, абсолютной и относительной влажности, осадков, направления ветров, уровня поверхностных вод. Не исключено, что именно приливы обеспечивают спусковой механизм для готовящегося землетрясения. Воздействие Луны (как и Солнца) для каждого района Земли различно. Падение астероидов и комет. Структурная масса Солнечной системы: астероиды (метеорные тела, метеориты), кометы, космическая пыль. Все они, как правило, имеют неправильную форму, не имеют магнитосферы, атмосферы и ядра (кроме комет) и по спирали постепенно сближаются с центром своего обращения (планетой или Солнцем) и со временем неизбежно упадут на него. Комета («хвостатая звезда») на 70-90% состоит из льдов, газов, воды и пылевого вещества. В среднем диаметр ядра кометы равен 10 км, поперечник может в 10 раз превышать диаметр Земли. Ядро кометы, расположенное в передней части головы, плотное и состоит их смерзшихся газов, превращенных в лед паров воды, метана, азота, окиси углерода, космической пыли и обломков твердых небесных тел. По орбитам кометы делятся на 2 типа:

короткопериодические - имеют период до 100 лет и небольшой радиус орбиты;

долгопериодические - имеют период более 100 лет и сильно вытянутые орбиты.

В перигелии некоторые кометы приближаются к Солнцу до расстояния 0,5 млн. км (0,003а.е.) и проходят через солнечную корону со скоростью 500 км/сек. В афелии они удаляются от Солнца до 400-600 а.е. и их скорость резко падает (до 1 км/сек). Астероиды делятся на 2 группы: пояса астероидов и блуждающие. Пояс астероидов находится между Марсом и Юпитером. Астероиды иногда называют «малыми планетами» (им присваивают имена ученых, героев, деятелей искусства). Это мелкие твердые небесные тела и обломки, достигающие в диаметре сотен километров. В настоящее время известно более 3000 астероидов, которые время от времени сталкиваются друг с другом. Новые астероиды открывают ежегодно. Блуждающие астероиды не принадлежат поясу астероидов, они имеют различный объем, орбиту и период обращения около Солнца. Их великое множество. Орбита 2 тысяч астероидов пересекает орбиту Земли, из них - 180 довольно крупные.

Метеориты - это остатки астероидов, упавшие на Землю. Метеориты делятся на 2 класса - спорадические и поточные:

спорадические (случайные), которые могут наблюдаться каждую ночь и исходят их разных точек неба;

поточные (основные или “замечательные”), проявляющиеся в одно и то же время года в определенной точки звездного неба. Обычно это весенние, летние и осенние.

Масса некоторых метеоритов достигает нескольких десятков тонн. По составу метеориты отвечают астероидам и делятся на 3 группы: каменные (90%), железные (6%) и железо-каменные (4%). В метеоритах 75% водорода и 25% гелия; могут содержать 20% воды и 10% органического вещества.

Астроблемы («звездные раны») (импактные кратеры). Исследования аэрофотоснимков и изучения планет Солнечной системы межпланетными станциями показали, что метеорные бомбардировки с образованием астроблем и приток химических элементов, были и на ранней стадии развития Земли (4 млрд. лет назад), и не прекращаются вплоть до современной эпохи. В настоящее время на нашей планете достоверно установлено существование около двухсот кратеров импактного происхождения диаметрами от десятка метров до 340 км. С каждым годом их обнаруживают все больше. Масштабы разрушения могут быть огромными.