Экзогенные процессы и явления

1.

Инженерная геология и экология
ЛЕКЦИЯ 4
ТЕМА: Экзогенные процессы и явления
Преподаватель: ст. преподаватель
кафедры «Прикладная геология» ГРФ,
Огонеров Василий Васильевич

2.

Слайд 1
ПЛАН ЛЕКЦИИ
1. Понятие «процесс» и «явление»
2. Выветривание
3. Геологическая деятельность ветра
4. Эрозионная деятельность рек
5. Геологическая деятельность озер, морей и болот
6. Геологическая деятельность атмосферных осадков
7. Суффозия
8. Карст
9. Плывуны
10.Основные термины и понятия.

3.

Слайд 2
Инженерная геология изучает современное состояние и
динамику поверхностных слоев земной коры в связи с
инженерной деятельностью человека.
А именно:
• состав, строение, состояние, свойства и условия распространения горных пород (грунтов),
определяющих их поведение при взаимодействии с инженерными сооружениями;
• геологические процессы, как природные, так и возникающих в связи с возведением и
эксплуатацией зданий, сооружений и устройств;
• установление закономерностей пространственного распространения инженерногеологических условий.

4.

Слайд 3
ПОНЯТИЯ «ПРОЦЕСС» И «ЯВЛЕНИЕ»
Изменение состояния компонентов геологической среды во
времени и в пространстве под воздействием техногенных факторов
называют инженерно-геологическим процессом.
Инженерно-геологическое
явление
результат
деятельности
геологических
процессов, возникающих в земной коре под
действием
различных
природных
и
геодинамических факторов или их сочетаний,
оказывающих
или
могущих
оказать
поражающее воздействие на инженерные
сооружения.
Санкт-Петербург, май 2010

5.

Слайд 4
ВЫВЕТРИВАНИЕ
Под процессом выветривания
понимают
разрушение
и
изменение состава горных
пород
и
строительных
материалов,
происходящие
под воздействием различных
агентов,
действующих
на
поверхности земли, среди
которых
основную
роль
играют колебания температур,
замерзание воды, кислот,
щелочей,
углекислоты,
действие ветра, организмов и
т.д.
1
2
Схема выветривания.
1 - кора выветривания.
2 – коренная порода (порода, не
затронутая выветриваним)

6.

Слайд 5
ВИДЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ
Механическое
разрушение горных
пород
Изменение
химического
состава горных
пород
Механическое и
химическое
разрушение горных
пород

7.

ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ
Колебания температуры
Замерзание воды
Механическая сила
ветра
Кристаллизация солей
Давление в процессе
роста корней растений
Морозное выветривание
Намокание и высушивание
Слайд 6

8.

Слайд 7
ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ
Вода, кислород, углекислота и органические кислоты
Растворение
Реакции обмена
Замещение
Дегидратация
Окисление
Гидратация
пирит
вода
ангидрит вода
серная кислота
гипс

9.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ (БИОГЕННОЕ) ВЫВЕТРИВАНИЕ
Корни деревьев
Животные
Бактерии
Воздействие
органических кислот
Микроорганизмы
(бактерии, микробы и
др.), низшие растения
(мхи, лишайники)
Слайд 8

10.

Слайд 9
ВЕТЕР
Совершаемая ветром геологическая работа это разрушение земной
поверхности (выдувание, или дефляция, обтачивание или
корразия), перенос продуктов разрушения и отложение
(аккумуляция) этих продуктов в виде скоплений различной формы.
Г. Джемерджи, Крым
Колорадо, США

11.

ВЕТЕР. ДЕФЛЯЦИЯ И КОРРАЗИЯ
Дефляция – выдувание и развевание ветром рыхлых частиц горных пород (главным
образом песчаных и пылеватых)
Корразия – обтачивание выступов горных пород песчаными частицами, переносимыми
ветром
Процесс корразии
Процесс дефляции
Слайд 10

12.

ВЕТЕР. ПЕРЕНОС
Слайд 11

13.

ВЕТЕР. АККУМУЛЯЦИЯ. ЭОЛОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ.
Аккумуляция – процесс переноса и накопления переносимого материала
Эоловые отложения – песчаные, глинистые, лессовые отложения,
образовавшиеся в результате накопления, уплотнения, цементация
перенесенных ветром частиц.
Подвижные (дюны,
барханы)
Закрепленные (грядовые,
бугристые) пески
Слайд 12

14.

Слайд 13

15.

Слайд 14
ЭРОЗИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Эрозия – процесс разрушения горных пород (грунтов, почв) водными потоками.
Разрушение горных пород
Химическое растворение
(коррозия)
Истирание и обтачивание
(корразия)
Механическое размывание
Перенос продуктов эрозии
В растворенном виде
Перекатыванием
Во взвешенном состоянии
Сальтацией (подпрыгиванием)

16.

ЭРОЗИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Эрозионная деятельность различными способами:
1. При помощи переносимых речным поток осадков, которые воздействуют на коренные породы
ложа реки как абразивный материал;
2. За счет растворения пород ложа (важную роль при этом играют растворенные в воде
органические кислоты);
3. За счет гидравлического воздействия воды на рыхлых материал ложа (вымывание рыхлых
частиц);
4. Дополнительными факторами могут служить разрушение берегов во время ледохода,
термоэрозионные процессы и др.
Выделяют два типа эрозии:
1. донная, или глубинная, направленная на врезание речного
потока в глубину, т.е. углубление дна долины (рис. А);
2. Боковая, ведущая к подмыву берегов и в целом к расширению
долины (рис. Б);
Эти два вида эрозии действуют совместно, но соотношение их
действия изменяется на разных стадиях развития долины реки.
Слайд 15

17.

Слайд 16
ЭРОЗИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Характеристика
интенсивности
размыва
Скорость размыва берегов (м/год)
в зависимости от состава пород
пески и
супеси
суглинки
глины
торф,
полускальные
породы
Очень сильный
более 10
более 5
более 2
более 1
Сильный
5-10
2-5
1-2
0,5-1
Средний
2-5
1-2
0,5-1
0,2-0,5
Слабый
менее 2
менее 1
менее 0,5
менее 0,2

18.

ЭРОЗИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ. ПЕРЕНОС И АККУМУЛЯЦИЯ
Слайд 17
Реки переносят материал тремя
способами:
Перекатыванием по дну или
волочением и сальтацией;
Во взвешенном состоянии – в виде
водной суспензии;
В растворенном виде –
коллоидными или ионными
растворами;
Аллювий - отложения постоянных водных потоков (рек, ручьев), состоящие из обломков различной
степени окатанности и размеров (валун, галька, гравий, песок, суглинок, глина).

19.

Слайд 18
ЭРОЗИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ. ПОСЛЕДСТВИЯ.
Нижегородская область,
берег р. Оки
Размыв правого берега р. Оби в
черте г. Колпашево

20.

Слайд 19
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОЗЕР
Озера – замкнутые углубления на поверхности земли, заполненные в большинстве своем пресной
водой и не имеющие непосредственной связи с морем.
Геологическая работа озер
Созидательная
Разрушительная
Подъем/опускание уровня
Накопление осадков
Каспийское море – самое
большие озеро в мире,
между Казахстаном и
Азербайджаном
Абразия берегов
Озеро Байкал, Россия
Аральское море, на
границе Казахстана и
Узбекистана
Озеро Ыссык-Куль, Киргизия

21.

АБРАЗИЯ
Абразия (от латинского abrasion –
соскабливание, сбривание) – это
геологический процесс
механического разрушения берегов
морей, озер и крупных
водохранилищ волнами, течениями и
прибоем.
При этом горные породы испытывают
удар волны, коррозионное
разрушение под действием ударов
камней и песчинок, растворение, в
полярных областях протаивание
(термоабразия) и другие
воздействия.
Интенсивность абразии зависит от
степени волнового воздействия и
свойств пород.
Слайд 20

22.

АБРАЗИЯ. МОРЯ И ОКЕАНЫ
Слайд 21

23.

Слайд 22
АБРАЗИЯ. МОРЯ И ОКЕАНЫ
I – зона шельфа;
II – материковый склон;
III – океаническое ложе;
IV – глубоководные впадины.
А – устойчивость средняя, Б – минимальная, В – максимальная. 1 – волны.
2 – положение слоев. 3 – возможные оползни.

24.

БОЛОТА
Слайд 23
Избыточно увлажненные участки земной поверхности с развитой на них специфической растительностью
называют болотами.
1 – минеральное дно; 2 – торф; 3 – ил; 4 – заболоченный
грунт; 5 – вода. Стрелки показывают питание болот.
Площадь болот в процентах от общей площади
субъектов Российской Федерации
Процесс зарастания озера и
превращение его в болото.

25.

ОЗЕРНЫЕ И БОЛОТНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ
Слайд 24
Обломочные осадки в основном привносятся реками. Это тонкие илы и пески, реже гравий и галька.
Органогенные осадки представлены скоплениями раковин и органическими илами,
которые превращаются в сапропель. Из этих осадков образуются известняки, горючие и битуминозные сланцы,
сапропелевые угли и другие полезные ископаемые.
Хемогенные осадки. В бессточных озерах, вода которых насыщена NaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4, Na2SO4, K2SO4, CaCl2 и
другими солями в сухое время года происходит интенсивное выпадение разнообразных солей в осадок. В пресных
озерах из карбонатных илов формируются известняки и мергели; из железистых и марганцевых илов – оолитовые
бурые железняки и марганцевая руда.

26.

АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ. ПЛОСКОСТНАЯ ЭРОЗИЯ
Слайд 25
Под плоскостной (поверхностной) эрозией понимают равномерный смыв материала со склонов,
приводящий к их выполаживанию.
Факторы:
• Рельеф – уклон (4-6 до 10-20°), протяженность;
• Климат – количество, интенсивность и частота осадков, характер и
скорость снеготаяния;
• Геологические строение – сопротивление горных пород размыву
(водопрочность): скальные и полускальные, пески, глины, лессы, наиболее
интенсивно размываются почвы и продукты выветривания;
• Социально-экономические – уничтожение растительности, распашка,
выпас скота, строительно-хозяйственная деятельность.
В результате плоскостного смыва, совершаемого дождевыми и талыми водами,
формируются отложения называемые делювием.
Делювий – это скопление рыхлых продуктов выветривания горных пород у
подножия и у нижних частей возвышенностей.

27.

АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ. ОБРАЗОВАНИЕ ОВРАГОВ
Слайд 26
Овраги – глубокий крутосклонный размыв, часто сильно разветвленный, образованный
деятельностью временных водотоков.
Характер, динамика, стадийность процессов оврагообразования зависит от
комплекса природных и техногенных факторов, к которым можно отнести:
• Геологическое строение – наличие неводопрочных, легкоразмываемых
пород главным образом пылеватого состава, выветрелости пород,
особенности напластования, неотектонические условия региона;
• Климатические условия – количество и тип выпадающих осадков,
характер снеготаяния;
• Геоморфологические особенности рельефа – общий уклон местности,
крутизна склонов, наличие промоин, борозд, ям на поверхности и т.д.;
• Особенности почв и растительности;
• Неорганизованный сброс поливных, фильтрационных, хозяйственных и
других вод с освоенных территориий;
• Распашку склонов, уничтожение растительности и иное
землепользование с нарушением норм водосборных мероприятий;
• Изменение уровней и режима рек и озер при создании водохранилищ,
судоходных каналов и других инженерных сооружений.

28.

АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ. ОБРАЗОВАНИЕ ОВРАГОВ
Слайд 27
Рытвины (борозды, размоины) – ежегодно образующиеся линейные эрозионные формы, глубиной до 0,5
м, шириной 0,5-1,0 м, обычно уничтожается вспашкой.
Промоины (водороины) – последующая, более продвинувшаяся стадия развития эрозионного процесса. Их
глубина до 1,5-2,0 м, ширина 1,0-3,0 м, имея вертикальные или крутосклонные, незадернованные борта.
Поперечный профиль симметричный или слабо асимметричный формы (от V–образного до карнизного).
Продольный профиль повторяет форму склона.
Овраг – основная форма эрозии проявления временных водотоков, обычно возникает на месте промоин
при продолжающемся процессе усиленной эрозии. Отличается от других линейных эрозионных
образований формой поперечного и продольного профиля и динамическим состоянием. Наиболее
типичным оврагом на равнинах является склоновый овраг, имеющий выраженный водосбор и
представляющий собой эрозионную линейную форму длиной не менее 70 м, глубиной не менее 1,5 м.
Балка - сухая или с временным водотоками долина с задернованными склонами. В степных районах балки
образуют высохшие русла рек. Имеют полого-вогнутое дно, часто без выраженного русла, склоны
выпуклые, плавно переходящие в водораздельные пространства. Чётко выраженная вершина обычно
отсутствует, ложбина плавно переходит в балку.

29.

Слайд 28
АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ. ОБРАЗОВАНИЕ ОВРАГОВ
Овраг
Балка
Промоина

30.

АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ. ОБРАЗОВАНИЕ ОВРАГОВ
Временные потоки, формирующиеся в пределах овражной сети, в устье
оврага образуют конуса выноса, представленные особым типом отложений – пролювием.
Пролювий - рыхлые отложения продуктов разрушения горных пород, смываемых и выносимых по
ложбинам (эрозионным бороздам) временными потоками от атмосферных осадков к подножию
возвышенностей (гор).
Слайд 29

31.

АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ. СЕЛЬ
Слайд 30
Сель представляет собой временные, но бурные грязекаменные потоки,
возникающие в горных районах.
Сель возникает в результате:
• Интенсивных и продолжительных ливней, бурного таяния ледников
или сезонного снегового покрова;
• Вследствие обрушения в русло больших количеств
рыхлообломочного материала (при уклонах местности не менее
0,08—0,10).
• Решающим фактором возникновения может послужить вырубка
лесов в горной местности — корни деревьев держат верхнюю часть
почвы, что предотвращает возникновение селевого потока.
• Иногда сели возникают в бассейнах небольших горных рек и сухих
логов со значительными (не менее 0,10) уклонами тальвега и при
наличии больших скоплений продуктов выветривания.
По механизму зарождения различают эрозийные, прорывные и
обвально-оползневые сели.
Раскопки селя в Перу.

32.

Слайд 31
СКЛОНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ОСЫПИ
Осыпь – перемещение вниз по склону под действием силы тяжести мелких обломков, отчлененных
от массива горных пород в результате выветривания и их скопление у подножия или на пологих
участках склона.
Каменные осыпи вдоль старой дороги,
г. Хабаровск
Схема строения осыпи а – в плане, б – в разрезе:
1 – осыпной шлейф; 2 – осыпные лотки;
3 – скальные породы; стрелки – направления
осыпания обломков; пунктир – условные
горизонтали
Черные осыпи, Нальчик

33.

СКЛОНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ОСЫПИ
Слайд 32
Условия формирования осыпей
1. Наличие склонов крутизной 30-50 градусов;
2. Большое количество обнажений скальных горных пород, которые, подвергаясь выветриванию,
дезинтегрируются и в виде обломков перемещаются вниз по склону.
3. Осыпи наиболее характерны для высокогорных областей с суровым нивальным климатом,
способствующим процессу физического выветривания горных пород. В этих областях практически
нет растительности и склоны очень плохо закреплены.
Характерной особенностью осыпей является их подвижность.
По «знаку подвижности» их подразделяют на
-действующие (находящиеся в стадии интенсивного движения);
-затухающие
-неподвижные.
Наибольшие скорости движения осыпей отмечены в период снеготаяния и дождей.
Наблюдения показывают, что осыпи в послойном разрезе передвигаются с различной скоростью
Скорость верхних слоев может достигать более 1 м/год, нижних слоёв и в целом всего массива осыпи –
несколько десятков сантиметров в год. На скорость движения влияют также количество поступающего
материала, угол естественного откоса материала, из которого состоит осыпь, и угол поверхности осыпи.

34.

Слайд 33
СКЛОНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ОБВАЛЫ
Обвалы – это обрушение более или менее крупных масс горных пород с опрокидыванием и
дроблением.
Схематический профиль обвального склона:
1 – современный профиль долины; 2 – профиль долины на участке
обвала до обвала; 3 – обвальные массы на дне долины; 4 – профиль
обвальной ниши.
Провинция
Юньнань, Китай
Обвальные процессы делят по виду деформаций на обвалы и вывалы, понимая под
последними выпадение из крутых откосов и обрывов отдельных глыб и камней.

35.

СКЛОНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ОБВАЛЫ
Слайд 34
К сопутствующим внешним причинам относятся землетрясения, сильные ливни, удары молнии, а также
взрывные работы.
Возникновению обвалов способствуют трещины, разломы горных пород, когда между более твердыми и
тяжелыми блоками имеется глина, песок, рыхлости, пустоты.
Всякое попадание воды, снега в эти более слабые связующие слои каждый раз их постепенно ослабляет.
Поэтому чаще всего обвалы происходят в периоды дождей, таяния снега, при проведении взрывных и
строительных работ.
Внутренними причинами обвалов считаются экзогенные геологические процессы, обуславливающие
изменение свойств пород приконтактных зон и зон контакта между отдельными блоками, а также
новейшие тектонические движения

36.

СКЛОНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ОПОЛЗНИ
Слайд 35
Оползни – это скользящее смещение горных пород на склонах под действием гравитации и при
участии поверхностных или подземных вод.
Природные факторы, влияющие на образование оползней
• Землетрясение;
• Переувлажнение склонов гор интенсивными атмосферными осадками
или грунтовыми водами, речная эрозия и др.
Антропогенные факторы:
• Подрезка склонов при прокладке дорог;
• Вырубка лесов и кустарников на склонах;
• Производство взрывных и горных работ вблизи оползневых участков;
• Неконтролируемая распашка и полив земельных участков на склонах.
Причина оползней – вода, просочившаяся по трещинами и порам
вглубь пород и ведущая там разрушительную работу. Она пропитывает
рыхлые отложения, увлажняя их. Когда происходи разрыв между
частями слоя, оторвавшаяся масса начинает как бы «плыть» вниз по
уклону пластов.

37.

СКЛОНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ОПОЛЗНИ
Морфология оползня:
1. Тело оползня;
2. Подошва;
3. Вал выпирания;
4. Оползневые террасы;
5. Бровка срыва;
6. Тыловая часть;
7. Поверхность скольжения.
Слайд 36

38.

СКЛОНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. КУРУМЫ
Слайд 37
Курумы – значительные по площади скопления круглых глыб и полуокатанных валунов,
образующиеся в результате интенсивного выветривания горных пород и гравитационного
перемещения обломков.
Курумы широко распространены в горных районах и на плоскогорьях, в строении которых
участвуют скальные породы. Образуются они в результате интенсивных процессов физического
(главным образом, морозного) выветривания. Размер первоначальных обломков курумов
зависит от свойств исходной породы. Наиболее крупные обломки (> 1 м в поперечнике)
возникают при разрушении интрузивных пород, обломки несколько меньших размеров (

39.

Слайд 38
ТИПЫ СКЛОНОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Э – элювий; Д – делювий;
П – пролювий.
1 – атмосферные осадки;
2 – плоскостной смыв;
3 – коренные породы;
4 – первоначальная
поверхность

40.

СУФФОЗИЯ
Слайд 39
Суффозия – вынос подземными водами мелких минеральных частиц из
обломочных горных пород (грунтов).
Факторы, влияющие на активизацию
процессов суффозии:
Природные:
- Слабые несвязные породы
(например, лессы;
- Высокий коэффициент фильтрации;
- Высокие градиенты напора.
Техногенные:
- Ослабление пород;
- Повышение напоры.
Классификация суффозии по типу разрушения горных пород
(Хоменко, 2002)

41.

СУФФОЗИЯ
Слайд 40

42.

КАРСТ
Слайд 41
Карст – процесс выщелачивания водорастворимых горных пород (известняки, доломиты, гипс)
и их вынос.
Окрестности Кунгурской
пещеры, Урал
Образование карста выражается в:
- Образовании пустот;
- В разрушении и изменении структуры и состояния
пород;
- В создании особого характера режима подземных вод;
- В формировании характерного рельефа.

43.

КАРСТ
Слайд 42
Типы карста:
По составу карстующихся пород:
- Карбонатный;
- Галлоидный (соляной);
- Сульфатный;
- Глиняный.
По возрасту:
- Древний;
- Современный.
По положению в разрезе:
- Поверхностный;
- Погребенный (глубокий).

44.

КАРСТ
Слайд 43

45.

ПЛЫВУНЫ
Слайд 44
Плывуны – водонасыщенные рыхлые породы, обычно пески, способные переходить в текучее
состояние при движении воды или механических воздействиях.

46.

ПЛЫВУНЫ
Слайд 45

47.

ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ
Слайд 46
Инженерно-геологический процесс, инженерно-геологическое явление, выветривание, дефляция,
корразия, аккумуляция, эоловые процессы, эрозия, абразия, плоскостная эрозия, делювий, овраг,
рытвина, промоина, балка, пролювий, сель, осыпь, обвал, вывал, оползень, курумы, элювий, суффозия,
карст, плывуны.