Геологическая деятельность озер
Геологическая деятельность озёр
Озёра – природные водоёмы со стоячей или слабопроточной водой, образующиеся в результате затопления понижений суши (котловин) водными массами. Озёра не имеют связи с океаном и, в отличие от рек, обладают замедленным водообменном.
Каждое озеро состоит из трех взаимосвязанных природных компонентов:
- котловины — формы рельефа земной поверхности,
- водной массы с растворёнными в ней веществами,
- растений и животных, населяющих водоём.
Котловины озёр возникают в результате различных рельефообразующих процессов и по происхождению делятся на несколько групп.
С проявлением эндогенной активности связано образование тектонических и вулканических котловин.
Котловины тектонического происхождения образуются в результате движения участков земной коры. Многие озёра, возникшие в котловинах тектонического происхождения, занимают обширную площадь, характеризуются большой глубиной и имеют древний возраст. Характерными примерами озёр, принадлежащих этой группе, служат Великие Африканские озёра (в том числе Танганьика с глубиной -1470 м), приуроченные к Восточно-Африканской рифтовой системе, где происходят процессы растяжения и прогибания континентальной коры. Аналогичное происхождение имеют озеро Байкал в России (являющееся самым крупным пресноводным водоёмом и обладающее максимальной среди озёр глубиной -1620 м), озеро Бива в Японии (известное добываемым в нём пресноводным жемчугом) и другие. Котловины нередко приурочены к изометричным прогибам (Чад, Эйр) или крупным тектоническим разломам. С тектоническими процессами связано и формирование остаточных озёр, являющихся остатками древних океанов и морей. Так, Каспийское озеро отделилось от Средиземного и Чёрного морей в результате тектонических движений земной коры.
Котловины вулканического происхождения приурочены к кратерам и кальдерам потухших вулканов или располагающиеся среди застывших лавовых полей. В последнем случае озёрные котловины формируются, когда горячая лава вытекает из-под более холодного поверхностного лавового горизонта, что способствует проседанию последнего (так образовалось оз. Йеллоустон), или в случае подпруживания рек и ручьев лавой или грязевым потоком при извержении вулканов. Котловины такого происхождения встречаются в районах современной или древней вулканической деятельности (Камчатка, Закавказье, Исландия, Италия, Япония, Новая Зеландия и др.).
Многообразие экзогенных процессов приводит к образованию различных групп озёрных котловин.
Большое количество озёрных котловин имеют ледниковое происхождение. Их формирование может быть связано с деятельностью горных и равнинных ледников. В горах ледниковые озёрные котловины представлены моренно-запрудными и каровыми. Моренно-запрудные образуются при запруживании ледниками речных долин. При заполнении водой каровых котловин формируются небольшие живописные озера с чистой и холодной водой.
На равнинах котловины ледникового происхождения распространены на территории, подвергавшейся четвертичному оледенению. Среди них можно выделить котловины экзарационного, ледниково-аккумулятивного и морено-запрудного происхождения. Экзарационные котловины связаны с выработанным движущимся льдом отрицательными формами рельефа. Знаменитым примером озера, обязанного своим происхождением разрушительной деятельности ледников, служит Лох-Несс в Шотландии, образовавшееся в обработанной ледником долине реки. Тысячи озёр, образовавшихся в котловинах ледникового вспахивания, встречаются на территории Скандинавского полуострова, на севере Канады. Ледниково-аккумулятивные котловины образуются в области развития моренных отложений. Озерные котловины в области моренно-равнинного рельефа широкие, имеют овальную форму и небольшую глубину (Чудское, Ильмень); в условиях холмисто-западинного и холмисто-увалистого рельефа обладают неправильной формой, островами, сложной береговой линией, расчленённой полуостровами и заливами (Селигер). Моренно-запрудные котловины возникают при запруживании мореной доледниковой речной долины (например, оз. Сайма в Финляндии).
В областях многолетней мерзлоты образуются котловины термокарстового происхождения, обязанные своим происхождением таянию ископаемого льда и мерзлых пород и просадкам грунта. Такое происхождение имеют многие котловины тундровых озерков. Все они имеют небольшую глубину и невелики по площади. Ещё один район развития термокарстовых котловин – область распространения четверичных флювиогляциальных отложений. Здесь при таянии покровных ледников под толщей отложений, вынесенных талыми ледниковыми водами, оказались погребенными огромные глыбы мертвого льда. Многие из них растаяли только спустя сотни лет, и на их месте возникли котловины, заполнившиеся водой.
Озерные котловины карстового происхождения образуются в районах, сложенных растворимыми (карстующимися) породами. Растворение пород приводит к образованию глубоких, но обычно незначительных по площади котловин. Здесь же нередко случаются провалы, обусловленные обрушением сводов подземных карстовых полостей. Примерами карстовых котловин могут служить знаменитый «Провал» в Пятигорске (известный по роману Ильфа и Петрова «Двенадцать стульев») и оз. Жирот во Французских Альпах, имеющее глубину -99 м при площади всего 57 га.
Озерные котловины суффозионного происхождения образуются при просадке грунтов в связи с выносом подземными водами рыхлых пылеватых частиц. Котловины такого генезиса встречаются в степной и полупустынной зонах Центральной Азии, Казахстана и Западно-Сибирской равнины.
Котловины флювиального происхождения связаны с геологической деятельностью рек. Чаще всего это старичные и дельтовые озёра. Иногда образование озёр обусловлено преграждением русла реки аллювиальными наносами другой реки. Например, образование озера Сент-Крой (США) связано с подпруживанием р. Сент-Крой аллювиальными отложениями р. Миссисипи. В связи с динамичностью эрозионных и аккумулятивных флювиальных процессов и небольшими размерами котловин, последние относительно быстро заполняются наносами и зарастают в одних местах и вновь образуются в других.
Некоторые озёрные котловины формируются в результате подпруживания оползнями, горными обвалами или селями рек. Обычно такие озёра существуют недолго – происходит прорыв наносов, образующих «плотину». Так, в 1841 р. Инд на территории современного Пакистана была подпружена оползнем, возникшим в результате землетрясения, а через шесть месяцев «плотина» рухнула, и озеро длиной 64 км и глубиной 300 м было спущено за 24 часа. Озёра данной группы могут оставаться стабильным при условии, что избыток воды отводится через устойчивые к эрозии твердые породы. Например, Сарезское озеро, образовавшееся в 1911 в долине р. Мургаб на Восточном Памире, существует до сих пор и имеет глубину -500 м (десятое место по глубине среди озер мира).
Процесс подпруживания реки мощным обвалом способствовал и образованию одной из «жемчужин» Кавказа – озера Рица в Абхазии. Гигантский обвал на склоне горы Пшегиша запрудил реку Лашипсе. Воды реки более чем на 2 км затопили ущелье (трассирующее крупный тектонический разлом в толщах горных пород), вода поднялась на 130 м. Из-под природной каменной плотины выбивается река с уже другим названием – Юпшара (по-абхазски «раскол»).
Озёра искусственного происхождения связаны с заполнением водой искусственных котловин (карьеров и пр.), либо с подпруживанием речных потоков плотинами. При сооружении плотин образуются различные по размерам водоёмы – от небольших прудов до огромных водохранилищ (расположенные в Африке водохранилища Виктория на реке Виктория-Нил, Вольта на р. Вольта и Кариба на р. Замбези; самым крупным по объему в России является Братское водохранилище на реке Ангаре). Некоторые плотины возводились с целью производства электроэнергии для выплавки алюминия на базе крупных залежей бокситов. Нужно добавить, что плотины создаются не только человеком. Плотины, построенные бобрами, могут достигать длины более 500 м, но существуют они лишь непродолжительное время.
Котловины прибрежно-морского происхождения образуются преимущественно в результате отделения морских бухт барами от акватории моря в процессе перемещения вдольберегового потока наносов. На начальном этапе котловина заполнена солёными морскими водами, в дальнейшем образовавшееся соленое озеро постепенно опресняется.
Котловины органогенного происхождения возникают на сфагновых болотах тайги, лесотундры и тундры, а также на коралловых островах. В первом случае они обязаны своим происхождением неравномерному нарастанию мхов, во втором – коралловых полипов.
Озёра в масштабах геологического времени существуют относительно недолго. Исключение составляют лишь некоторые озёра с котловинами тектонического происхождения, приуроченные к активным зонам земной коры, и крупные остаточные озёра. Со временем котловины заполняются осадками или заболачиваются.
Отложения озёр представлены терригенными, хемогенными и органогенными осадками. Состав накапливающихся в озёрах осадков определяется в первую очередь климатической зональностью.
В озёрах гумидных областей накапливаются преимущественно алевро-глинистые отложения, часто с большим количеством органики. Отмершие организмы, а также материал, сносимый в озеро, откладываются на дне и образуют гиттию (от швед. gyttja — ил, тина) – озёрные отложения, состоящие из органических остатков. Органическое вещество гиттий образуется преимущественно за счёт продуктов распада живущих в воде растительных и животных организмов, в меньшей степени за счёт принесённых с окружающей суши остатков наземных растений. Минеральная часть состоит из песчано-глинистого материала и осаждённых из вод окислов кальция, железа и магния. Гиттию называют также сапропель (от греч. sapros — гнилой и pelos — ил, грязь — «гнилостный ил»). В озере Неро, расположенном у города Ростов-Ярославский (Ростов Великий), слой сапропеля достигает 20 м. Сапропели используются в качестве удобрения или в качестве минеральной подкормки для скота; иногда в бальнеологических целях (грязелечение).
В полупустынных и пустынных аридных зонах озёра бессточные с интенсивным испарением. Поскольку реки и подземные воды всегда приносят соли, а испаряется только чистая вода, то происходит постепенное повышение солёности озёрных вод. Концентрация солей может повышаться настолько значительно, что из пересыщенной солями воды (рапы) происходит осаждение соли на дно озера (самосадочные озёра). При осолонении континентальных озёр накапливаются карбонатные, содовые, сульфатные, соляные и другие хемогенные отложения. В России современные содовые озёра известны в Забайкалье и в Западной Сибири; за рубежом большой известностью пользуется озеро Натрон в Танзании и озеро Серлс в Калифорнии. К ископаемым отложениям подобных озёр приурочены месторождения природной соды.
В целом, для аридных областей характерны галогенно-карбонатные отложения, бедные органикой.
В ряде случаев решающую роль в характере осадконакопления имеет происхождение озёрных котловин. Для ледниковых озёр характерны ленточные глины, формирующиеся за счёт сочетания озёрных и ледниковых отложений. В карстовых озёрах накапливаются карбонаты, иногда нагромождения глыб обвального происхождения.
Источник
Геологическая деятельность озер и водохранилищ
Она заключается в основном в накоплении материала, за исключением самых крупных озер, где заметно проявляются процессы на побережьях.
Происхождение озер может быть связано с тектоникой или поверхностными процессами. Тектонические озера образуются за счет опускания дневной поверхности — таковы, несмотря на их различия, Байкал и Каспийское море. Байкал сформировался за счет погружения по разломам блоков земной коры, а Каспий — за счет общего прогибания земной коры на большой площади.
Среди озер, сформированных поверхностными процессами, преобладают ледниковые, выработанные в минеральном ложе при движении ледника или полученные при неравномерной аккумуляции ледниковых отложений. Таковы озера Ладожское, Онежское, Чудское, Плещеево, озера Финляндии и Карелии. В геологической истории такие озера довольно быстро заполняются твердым стоком, зарастают и прекращают существование.
Небольшое количество озер сформировалось другими путями — за счет обвалов горных пород в горных долинах или в карстовых понижениях. Равнинные водохранилища можно сравнивать с ледниковыми озерами, а горные — с обвальными.
Озера бывают проточными и непроточными. Непроточные озера часто бывают солеными, особенно если они расположены в аридной зоне.
Отложения пресных равнинных озер и водохранилищ — это слоистые, часто тонкослоистые песчано-глинистые породы — супеси, суглинки, глины, торф, илы. Пески преимущественно мелкие и пылеватые. В соленых озерах возможно интенсивное накопление карбонатов, сульфатов и галоидов, как например, в пересыхающем Аральском море.
Форма залегания отложений озер и водохранилищ практически горизонтальная,приведена на рисунке ниже.
Залегание озерных, болотных и морских отложений
Может выделяться озерная терраса с условием наложения на более древние породы. Сходные условия залегания имеют также болотные и морские отложения вблизи побережья. Мощность — несколько метров. Отложения водохранилищ индексируются как аллювиальные.
Отложения горных озер и водохранилищ содержат крупный об¬ломочный материал, который быстро накапливается.
Источник
Геологическая деятельность озер и водохранилищ
Озера — замкнутые углубления на поверхности земли, заполненные в большинстве своем пресной водой и не имеющие непосредственной связи с морем. Озера занимают 2 % поверхности суши. В России их особенно много в Карелии, Новгородской и Тверской областях, а также в некоторых районах Сибири. Берега многих озер, особенно крупных, довольно плотно заселены и широко используются для промышленного и гражданского строительства. Отсюда ясна вся важность изучения инженерно-геологических условий районов озер.
Озера имеют различное происхождение. Среди них различают:
• тектонические — во впадинах тектонического происхождения (например, озера Байкал, Ладожское, Онежское);
• эрозионные — в котловинах размыва;
• карстовые — в заполненных водой карстовых воронках;
• плотинные, или запрудные, образовавшиеся запруживанием рек в результате обвалов или других склоновых процессов.
Озера подобно морям совершают геологическую работу разрушительного и созидательного характера, только в значительно меньших масштабах.
Разрушительная работа озер проявляется в абразивной деятельности волн, нагоняемых ветром. Постоянно дующие в определенных направлениях ветры вызывают волны, которые прибоем подмывают берега. Так создаются озерные абразионные террасы, выработанные в коренных берегах, и аккумулятивные, сложенные
озерными осадками. Озерные террасы формируются в тесной зависимости от изменения положения уровня озера.
Каждое поднятие или опускание уровня воды в озерах вызывает абразионные процессы. Большое влияние на положение уровня оказывают тектонические движения земной коры, а в последнее время и производственная деятельность человека. Так, постройка Иркутской ГЭС обусловила поднятие уровня в озере Байкал на 1 м. Это вызвало переработку берегов в среднем на Юм, а в отдельных местах до 80 м. Размыв берега стал угрожать устойчивости Восточно-Сибирской железной дороги, проходящей по берегу озера.
Борьба с разрушительной работой озер проводится теми же методами, как и с морской абразией, но подпорные и волноотбойные стенки, а также волноломы, буны и другие сооружения имеют значительно меньшие размеры и объемы.
Созидательная работа озер заключается в образовании отложений. Озерные осадки представлены большим комплексом различных накоплений обломочного, химического и органогенного происхождения. Вдоль побережий, где формируются пляжи, навеваются дюны. Озера откладывают в основном грубые обломки и различной крупности пески. Такой же материал, но уже в виде валов, накапливается при впадении в озера рек.
Данная часть озер заполняется глинистыми осадками, песками, илами. На дне соленых озер самостоятельно или вместе с механическими осадками отлагаются соли (хлориды, сульфаты и др.). В озерах формируются специфические образования, свойственные только озерам, такие, как сапропель, торф, особые озерные мергели, иногда озерный мел, трепел.
Важнейшей особенностью некоторых мелководных озер является способность в определенных геологических и физико-географических условиях переходить в стадию болот.
Водохранилища. В настоящее время человек широко использует энергию рек для электрификации. В результате создаются искусственные водохранилища по размерам, не уступающим самым крупным озерам. Общеизвестны крупнейшие водохранилища на Дону, Волге, Ангаре, Енисее. Строятся водохранилища для сельскохозяйственных, бытовых и промышленных целей.
В искусственных водохранилищах так же, как в морях и озерах, наблюдается абразионная работа вод, но здесь она происходит неизмеримо более интенсивно. Это объясняется тем, что речные долины, в которых создают водохранилища, образовались в континентальных условиях под действием эрозии рек и их профиль не соответствует новым условиям, которые возникают при заполнении почти всей долины водой. Водохранилища стремятся
Рис. 130. Схема размыва берега водохранилища Волжской ГЭС:
1 — контур берега до устройства водохранилища; 2 — контур берега, образовавшийся в процессе эксплуатации водохранилища; 3 — водохранилище; ЗГС — зимний сезон сработки, НПГ — нормальный подпорный горизонт
выработать новый профиль берегов, и размыв береговой линии происходит особенно интенсивно (рис. 130). Разрушение и переработка берегов, как показывают наблюдения, начинается непосредственно вслед за заполнением водохранилища.
Интенсивная абразионная деятельность водохранилищ нередко ставит под непосредственную угрозу жилые кварталы городов, промышленные и транспортные сооружения, жилые здания (рис. 131).
Переработка берегов и формирование чаши водохранилища — сложный процесс, в котором принимает участие ряд факторов, различных по своей значимости. Его действие проявляется в волнах, течениях и периодических колебаниях уровня воды в водохранилище.
В нижней части водохранилища, примыкающей к плотине, в связи с отсутствием уклонов водной поверхности течения не возникают. В этом районе действует абразия так же, как в морях и озерах, за счет ветровых волн и колебаний уровня. В средней части водохранилища действуют паводковые течения. Переработка берегов происходит за счет их эрозионной деятельности. В верхней части водохранилища для периода паводка типичен речной режим с речной эрозией.
Большое разрушающее действие на берега водохранилища оказывает волноприбой, возникающий в результате колебаний уровня. Амплитуда этих колебаний может быть значительной, например, в крупных донских и волжских водохранилищах она достигает 2—7 м.
Существенное влияние на переработку берегов оказывает морфология склонов, их геолого-литологическое строение и свойства пород.
По морфологическим особенностям выделяют берега приглу бые с крутизной склонов более 6° и отмелые — менее 6°. Наиболее сильно разрушаются приглубые берега, а на отмелых, наоборот, образуются наносы. В первом случае береговая линия отступает, во втором — образуются косы и отмели. Наиболее интенсивно разрушаются выступы берегов. В бухтах чаще происходит накопление осадков.
Скорость переработки берегов водохранилищ при всех прочих равных условиях возрастает с уменьшением высоты берегового откоса и определяется устойчивостью пород откоса против размыва. При средней высоте откоса 2—4 м над бичевником скорость разрушения береговой полосы за один сезон бывает: для лессовых пород — до 8 м и более; в различных песках — 2 м; в глинистых породах — до 1 м. Скорость волновой переработки берегов, сложенных коренными скальными породами, часто не имеет практического значения.
Водохранилища в большинстве случаев создают подпор грунтовым водам, и подземные воды оказывают дополнительное воздействие на склоны, способствующие активизации оползней, обвалов. Все эти процессы проходят особенно интенсивно при быстрой сработке уровня воды в водохранилище. Возможны также случаи заболачивания берегов или образования солончаков.
Для проектирования строительных объектов инженерно-геологические исследования должны обоснованно дать прогноз переработки берегов водохранилищ. При прогнозе оценивают: ширину полосы возможного размыва берега, интенсивность процесса переработки берега, т. е. ширину береговой полосы, которая будет размыта за 1 год, 10 лет, 20 лет и т. д.
В водохранилищах у берегов накапливаются осадки обломочного характера. К ним примешивается материал конусов выноса 380
оврагов, дельтовых отложений рек, впадающих в водохранилище, делювиально-пролювиальные осадки. На дне водохранилищ откладывается материал, который приносит с собой вода главного русла реки (глины, суглинки, илы и т. д.).
В зону переработки берегов нередко попадают здания, сооружения, сельскохозяйственные угодья. В этом случае их необходимо переносить в безопасное место или ограждать от влияния волн, разрушающих берег. Так, чтобы оградить ряд предприятий и жилых домов от разрушения в г. Саратове, пришлось крепить берег на протяжении 5 км. Для объектов нового строительства устанавливается безопасная граница возможного их приближения к берегу.
Существует ряд мер, которые позволяют активно бороться с переработкой берегов водохранилищ. За основу берут расчетные схемы, позволяющие прогнозировать характер переработки берегов. На основе этого разрабатывают защитные мероприятия, направленные против постоянных и временных подтоплений, повышения уровня грунтовых вод и переработки берегов водохранилищ.
Против переработки берегов водохранилищ можно применять те же сооружения, что и в борьбе с абразией морей и озер. Однако буны и волноломы хорошо выполняют свою роль лишь при небольших колебаниях уровня, а в водохранилищах они значительны вследствие периодической сработки горизонта воды. Поэтому для защиты берега и дамб обвалования лучше применять различного рода покрытия из камня, железобетонных плит, асфальта, геосин- тетических материалов.
Переработка берегов по данным наблюдений, в частности, на Цимлянском и других водохранилищах наиболее интенсивно проходит в первые 2—3 года, когда берег продвигается до 20—50 м в год. Максимальное сезонное отступление берега до 350 м в течение первых двух лет заполнения отмечено на Рыбинском водохранилище. Затем этот процесс постепенно затухает.
Для выбора типа одежды покрытия большое значение имеет прогноз времени затухания процесса переработки. Например, асфальтовые покрытия следует применять в местах, где переработка берегов будет развиваться в ближайшее десятилетие. Каменные покрытия надежны и долговечны. Основным их достоинством является приспособляемость к деформациям откоса, но главный недостаток — трудоемкость работ. Железобетонные покрытия отличаются большей надежностью. Особенно перспективны конструкции из экологичных геосинтетических материалов.
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)
Источник