ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности Земли , относятся к подземным водам . Часть этих вод свободно перемещается в верхней части земной коры под действием гравитационных сил , а другая часть находится в очень тонких порах, удерживаясь силами поверхностного натяжения . Подземные воды не могут существовать без обмена с водой поверхностной и активно участвуют в круговороте воды в природе. Все, что связано с подземной водной оболочкой , включая теоретические и, особенно , прикладные аспекты , изучает наука гидрогеология. В наше время непрерывно усиливающегося техногенного пресса на природную среду пресная вода стала важнейшим полезным ископаемым.
Структура и свойства воды определяется строением ее молекулы – Н2 О в виде тетраэдра, в центре которого находится атом кислорода. На концах одного из ребер тетраэдра расположены два положительных заряда ядер атомов водорода, что составляет гидроль или элементарную дополнительную структурную единицу воды .
Гидроли могут объединяться между собой . Так, для льда устойчивой структурой будет тетраэдр , состоящий из гидролей . Гексагональная решетка льда , состоящая из связанных между собой тетраэдров очень рыхлая, поэтому увеличение температуры приводит к нарушению и так непрочных связей решетки и некоторые гидроли как бы «падают» внутрь решетки , которая разрушается на отдельные массивы и, наконец, превращается в пресную воду , обладающую наибольшей плотностью при Т= +4 ° С.
Виды воды в горных породах
Вода в горных породах содержится в нескольких различных видах.
1. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллической решетки некоторых минералов, например, в гипсе , мирабилите . Если эти минералы нагревать, то вода высвобождается из кристаллической решетки . Так, гипс потеряет одну молекулу воды при +107° С, а вторую – при +170 ° С, после чего он превращается в ангидрит – CaSO 4 .
2. Вода в твердом виде встречается в многолетнемерзлых породах в виде кристаллов и прожилков льда . Также лед образуется и при сезонном промерзании воды, содержащейся в горных породах.
3. Вода в виде пара содержится в воздухе, который находится в порах горной породы.
4. Прочносвязанная вода располагается в виде молекулярной прерывистой пленки на поверхности мельчайших частиц таких пород , как глины и суглинки . Эта пленка удерживается силами молекулярного сцепления и не может стечь с поверхности частицы.
5. Рыхлосвязанная вода представляет собой более толстую пленку из нескольких слоев молекул воды на частицы породы. Эта вода обладает способностью перемещаться от более толстой пленке к менее толстой.
6. Капельно - жидкая (гравитационная ) вода уже обладает способностью свободно перемещаться в горной породе по трещинам и порам под действием силы тяжести , начиная с верхнего почвенного слоя .
7. Капиллярная вода , как следует из названия , находится в тончайших капиллярных ( лат. капилярис – волосяной) трубочках или порах, в которых удерживается силами поверхностного натяжения с образованием менисков. Капиллярная вода обычно располагается выше уровня грунтовых вод и при этом она может подниматься подтягиваясь вверх от этого уровня на 1,5 – 3 м . Капиллярная кайма , будучи связана с уровнем грунтовых вод , колеблется вместе с ним .
Выше уровня грунтовых вод может располагаться еще одна неширокая кайма капилярно- подвешенной воды, удерживаемой в тонких порах почвы и подпочвенных горизонтов суглинков и глин .
Подземные воды распределяются в верхней части земной коры вполне закономерно . Самая верхняя часть земной коры, вблизи поверхности, называют зоной
аэрации, т.к. она связана с атмосферой и с почвенным покровом. Ниже нее залегает зона полного насыщения , где вода распространена преимущественно в жидком виде , тогда как в зоне аэрации она может быть и парообразной . Если температуры отрицательны , то вода в этих двух зонах может присутствовать и в виде льда .
Таким образом, зона аэрации представляет собой как бы переходный буферный слой между атмосферой и гидросферой . В зоне полного насыщения все поры заполнены капельно - жидкой водой и тогда образуется водоносный горизонт . Однако горные породы в различной степени проницаемы для воды, что зависит от ряда факторов . Следует подчеркнуть, что пористость и проницаемость не одно и тоже.
Горные породы подразделяются на :
1. Водопроницаемые – песок, гравий , галечники, конгломераты, трещиноватые песчаники, доломиты, закарстованные известняки и др. и это несмотря на то , что галечники, прекрасно проницаемые для воды, имеют пористость всего 20%. Пористость Где Vn – объем пор в образце, а V – объем всего образца. - пористость в процентах. Пески обладают пористостью в 30-35%.
2. К слабопроницаемым породам относятся супеси , легкие суглинки , лёссы .
3. Водоупорными считаются всевозможные глины , тяжелые суглинки , плотные сцементированные породы .
Глины имеют пористость в 50-60%. Все дело в том , что поры в глинах очень тонкие ( субкапиллярные) и вода через них не может проникнуть, т.к. задерживается силами поверхностного напряжения. Водопроницаемость зависит не от количества пор, а от размера и формы слагающих породу зерен и от плотности их сложения.
Способность горных пород накапливать и удерживать в себе воду называется влагоемкостью . Под полной влагоемкостью понимают такое состояние породы, в которой все виды пор заполнены водой . Максимальная молекулярная влагоемкость – это то количество воды, которое остается в горной породе после того , как стечет вся капельно - жидкая гравитационная вода .
Оставшаяся вода удерживается в порах силами молекулярного сцепления и поверхностного натяжения . Разница между полной влагоемкостью и максимальной молекулярной влагоемкостью называется водоотдачей , а удельной водоотдачей – количество воды, получаемой из 1 м3 горной породы.
Классифицировать подземные воды можно по разным признакам – по условиям залегания, по происхождению , по химическому составу. Типы подземных вод по условиям залегания. Выделяются воды безнапорные, подразделяющиеся на верховодку, грунтовые и межпластовые, а также напорные или артезианские .
Верховодка – это временное скопление воды в близповерхностном слое в пределах зоны аэрации, располагающееся в водоносных отложениях, лежащих на линзовидном , выклинивающемся водоупоре . Как правило, верховодка появляется весной , когда тают снега или в дождливое время , но потом она может исчезнуть. Поэтому колодцы , выкопанные до верховодки , летом пересыхают.
Временными водоупорами могут быть любые выклинивающиеся линзовидные пласты глин и тяжелых суглинков, располагающиеся в толще водоносных аллювиальных или флювиогляциальных отложений .
Грунтовые воды представляют собой первый сверху постоянный водоносный горизонт , располагающийся на первом же протяженном водоупорном слое . Питаются грунтовые воды из области водосбора в пределах водоносного горизонта. Грунтовые воды могут быть связаны с любыми породами как рыхлыми, так и твердыми, но трещиноватыми .
Поверхность грунтовых вод называется зеркалом , а мощность водосодержащего слоя оценивается вертикалью от зеркала до кровли водоупорного горизонта и она не остается постоянной , а меняется из - за неровностей рельефа, положения уровня разгрузки, количества атмосферных осадков, изгиба кровли водоупорного слоя . Выше зеркала грунтовых вод образуется кайма капиллярно подтянутой воды.
Движение и режим грунтовых вод .
Зеркало грунтовых вод ведет себя в зависимости от рельефа повышаясь на водоразделах и понижаясь к рекам , оврагам и другим местам дренирования ( фр. дренаж – сток ). Естественно, что вода в водоносном слое под действием силы тяжести находится в непрерывном движении и стремится достичь наиболее низкого места в рельефе, например, уреза воды в реке, тальвега дна оврага . Именно там , в области разгрузки подземных вод , образуются родники . Вода в водоносном слое перемещается в зависимости от пористости пород , характера соприкосновения частиц , формы и размеров пор, уклона водоносного слоя . Обычно в песках скорость движения воды при небольших уклонах составляет от 0,5 до 2-3 м / сутки. Но если уклон большой и поры велики , то скорость может достигать первых десятков м / сутки.
В зависимости от количества атмосферных осадков объем грунтовых вод может изменяться и летом дебит ( фр. дебит – расход ) источников падает , а в сильные засухи родники даже пересыхают. Зеркало грунтовых вод особенно сильно может понижаться в связи с забором воды для промышленных нужд. Вокруг скважин , откачивающих воду , уровень грунтовых вод постепенно понижается и образуется депрессионная воронка .
Межпластовые безнапорные подземные воды приурочены к водоносным слоям , располагающимся между двумя водоупорными слоями. Иногда таких водоносных пластов может быть несколько. Если водоносный горизонт обладает большой мощностью и выше его зеркала находится озеро, пруд или река , то направление течения воды в водоносном горизонте будет проходить по изогнутым линиям, стремящимся к реке .
Напорные или артезианские межпластовые воды образуются в том случае , если водоносный горизонт , зажатый между двумя водоупорными, приурочен либо к пологой синклинали или мульде,
Впервые такие фонтаны воды были получены во Франции в провинции Артезия, поэтому они и стали называться артезианскими . Каждый артезианский бассейн включает в себя области: питания , напора и разгрузки. Первая область представляет собой выход на поверхность водоносного слоя , на которую выпадают все атмосферные осадки , питающие этот водоносный горизонт . Область напора заключена между двумя водоупорами – водоупорной кровлей и водоупорным ложем , а там , где водоносный слой появляется на поверхности, или вскрывается скважинами, но ниже области питания, называется областью разгрузки. Нередко в артезианских бассейнах развито сразу несколько водоносных напорных горизонта, что особенно характерно для артезианских бассейнов в межгорных впадинах , где глубины водоносных горизонтов могут превышать 1000-1500 м . В платформенных областях , где артезианские бассейны большие , верхние водоносные горизонты до глубин в 200-5— м содержат преимущественно пресные воды, а ниже воды обладают уже высокой минерализацией.
В центре Европейской части России находится Московский артезианский бассейн, располагающийся в пологой чашеобразной впадине – Московской синеклизе. Водоносные горизонты связаны с трещиноватыми каменноугольными и девонскими известняками , а водоупорами служат прослои глин . Области питания располагаются на крыльях синеклизы . В девонских карбонатных отложениях на глубинах от 400 до 600 м развиты минеральные воды с минерализацией 2,4-4,5 г/ л . Это всем хорошо известная московская минеральная вода . В Московском артезианском бассейне сосредоточены большие запасы пресных и промышленных вод . На всю территорию России составлены карты распространения артезианских бассейнов и подсчитаны запасы в них воды, как пресной, так промышленной и термальной .
Типы источников . Всем хорошо известны выходы подземных вод на поверхность в виде родников и ключей с холодной, вкусной водой . Родники появляются там , где происходит разгрузка водоносных горизонтов . Нисходящие источники чаще всего располагаются недалеко от уреза воды в долине реки , в нижней части склонов оврагов, там где к поверхности подходят водоупорные горизонты . Источники этого типа связаны как с верховодкой, так и с грунтовыми, а также межпластовыми водами. Все они характеризуются изменяющимся дебитом , вплоть до высыхания в жаркое лето . В источниках нисходящего типа вода изливается спокойно, в виду небольшого угла наклона слоев. Нередко можно наблюдать вдоль берега реки сплошную линию сочащихся подземных вод . Нисходящие источники обычно водообильны , поэтому местами они дают начало ручьям и небольшим речкам, как происходит с карстовыми источниками , вытекающими из пещер .
Восходящие источники - это выходы на поверхность в местах разгрузки напорных вод , тогда как сам водоносный горизонт расположен намного ниже. Вода может подниматься вверх по трещинам или тектоническому разлому. Вокруг минеральных источников , особенно углекислых вод , на поверхности образуется скопление т.н. известкового туфа или травертина, иногда достигающего нескольких метров мощности. Такие травертины белого , желтоватого или розового цветов известны на г.Машук в Пятигорске , в районе Кавказских минеральных вод . Туф образуется из гидрокарбонатно- кальциевых вод , когда гидрокарбонат Ca(HCO3 )2 переходит в СаСО3 при уходе в воздух СО2 – углекислого газа . В травертинах часто находят отпечатки листьев растений , кости древних животных, которые постепенно обвалакиваются известковым туфом .
Подземные воды и окружающая среда .
Гидрогеологические процессы, происходящие в верхней части земной коры тесно связаны с хозяйственной деятельностью человека – водоснабжением, эксплуатацией городских агломераций, обоснованием строительства и т.д . Именно в области прикладной геологии очень важно понимать существо природно- технического взаимодействия , усиливающегося техногенного пресса на геологическую среду.
Одной из важных задач прикладной геологии является обоснование водозабора для хозяйственно - питьевого водоснабжения , а , сейчас , особенно , оценка качества воды.
Какое количество воды можно извлечь из данного водоносного слоя ? Как при этом изменится уровень грунтовых вод ? Какова будет депрессионная воронка и как быстр она сформируется? Какова должна быть ширина зоны санитарной охраны? На все эти вопросы надо дать ответ.
В связи с отбором воды из водоносных горизонтов разного типа , изменяется водный режим ландшафтов, изменение растительности , поверхностный сток , напряженно-деформированное состояние водонасыщенных горных пород . Понижение уровня грунтовых вод приводит к угнетению лесов, к осушению и возгоранию летом торфяников, к уменьшению поверхностного водного стока и обмелению небольших рек, эвтрофикации мелеющих озер , оседанию отдельных участков земной поверхности. Поэтому необходим мониторинг влияния водоотбора на окружающую среду, а также геофильстрационное моделирование потока подземных вод .
Для многих городов характерно подтопление территорий , т.е . повышение уровня грунтовых вод за счет повышенной инфильтрации осадков, утечек промышленных вод , искусственного орошения. Такое подтопление вызывает усиление оползневых явлений , суффозии ( вымывания ), уменьшение прочностных свойств грунтов. Поэтому необходимо проводить дренаж, чтобы снизить уровень грунтовых вод . Другая опасность – это техногенное загрязнение подземных вод из атмосферы в
виде твердой и жидкой фаз, закачка промышленных стоков , утечки из систем канализации, свалки , нефтепродукты и другие способствуют проникновению токсичных веществ сначала в зону аэрации, а потом и в водоносные горизонты .
Все сказанное выше свидетельствует об уязвимости водоснабжения населения в связи с усиливающимся техногенным загрязнением . Существует еще много очень важных вопросов , касающихся прикладной гидрогеологии. Отсюда следует очевидный вывод о том поистине жизненном значении , которое приобретает наука о подземных водах.
КАРСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Карстовые процессы развиваются в растворимых природными поверхностными и подземными водами горных породах: известняках, доломитах , гипсах , ангидритах , каменной и калийной солях. Основой процесса является процесс химического растворения пород и процесс выщелачивания , т.е . растворения и вынос какой- то части горных пород . Различные по своему составу воды растворяют породы по разному . Особенно агрессивны по отношению к карбонатным породам воды, насыщенные углекислотой , а гипс сильнее растворяется солоноватыми водами. Под карстом понимают не только процесс, но и его результат, т.е . образование специфических форм растворения. Сам термин карст происходит от названия известкового плато в Словенских Альпах, где карстовые формы рельефа выражены наиболее ярко . Карст развивается везде, где есть выходы на поверхность карбонатных пород : в Горном Крыму , на побережье Адриатического моря, на Кавказе, Урале, в Средней Азии и еще во многих местах земного шара. Если карстовые формы видны на поверхности, то говорят об открытом карсте, а если они перекрыты толщей каких- то других отложений , то – о закрытом карсте. Последний чаще развитит в равнинных платформенных районах, тогда как первый – в горных.
Карстовые формы.
На поверхности карстовые формы представлены каррами , желобами и рвами , понорами, воронками разных типов , западинами, котловинами , слепыми долинами .
Карры - это разнообразные неглубокие выемки, образованные , в основном, выщелачиванием известняков поверхностными атмосферными водами. Н.А.Гвоздецким, одним из знатоков карста , были выделены карры следующих типов : лунковые, трубчатые , бороздчатые, желобковые, трещинные и ряд других . Все эти формы имеют глубину 5-20 – 5-0 см, редко размах рельефа достигает 1-2 м . Наиболее типичны желобковые карры , представленные параллельными желобками , разделенные острыми грядами . Рельеф с желобковыми каррами напоминает стиральную доску, а участки развития многочисленных карров называют карровыми полями. Желоба и рвы представляют собой более протяженные и глубокие участки карстового выщелачивания поверхности известняков, наследующие поверхностные трещины и достигающие глубины до 5 м .
Поноры – узкие отверстия, наклонные или вертикальные , возникающие на узлах пересечения трещин при дальнейшем развитии процесса растворения и выщелачивания . Эти каналы служат стоком поверхностных вод и направляют их вглубь массива горных пород .
Карстовые воронки подразделяются на : 1) воронки поверхностного выщелачивания ; 2) провальные ; 3) воронки просасывания (коррозионно- суффозионные по Н.А.Гвоздецкому). Первый тип воронок напоминает собой воронку от взрыва снаряда или бомбы . Образуются они за счет выщелоченной с поверхности породы. Обычно в центре такой воронки располагается понор - канал, по которому уходит вода . Диаметр воронок обычно до 50 м , редко больше, а глубина 5-20 м . Провальные воронки связаны с обрушением свода над полостью, выработанной водами на некоторой глубине .
Коррозионно- суффозионные воронки возникают в том случае , когда карстующиеся известняки перекрыты пластом песчаных отложений и последние вмываются в нижележащие карстовые полости. При этом из пласта песка уносятся отложения в поноры и образуется воронка просасывания или вымывания . Процессы суффозии широко распространены в природе.
Блюдца и западины представляют собой мелкие, небольшие карстовые воронки . Если воронки разных генетических типов сливаются по несколько штук вместе , то образуется карстовая котловина с рядом углублений на дне. Иногда дно у котловин может быть плоским . Полья представляют собой довольно большие , сотни метров в диаметре , неправильной формы понижения , образовавшиеся при слиянии ряда котловин и воронок . В том числе и провальных.
Карстовые колодцы и шахты - это каналы, уходящие почти вертикально в известковые массивы на десятки и сотни метров при диаметре в первые метры . Они образуются при выщелачивании по трещинам, иногда поверхностными водными потоками, размывающими известняки . Шахтами называются вертикальные полости глубиной свыше 20 м , а меньше – колодцами . Если шахты соединяются между собой , а также с субгоризонтальными ходами и пещерами, то образуются карстовые пропасти, достигающие глубины в 1000 метров и более.
Слепые долины представляют собой небольшие речки, протекающие в закарстованных районах, имеющие исток, но внезапно оканчивающиеся у какой- нибудь воронки или поноры, куда и уходит вся вода . Иногда долины бывают полуслепыми , когда вода речки вдруг уходит под землю , а потом , через несколько километров появляется вновь, как это происходит в Западном Крыму около Севастополя. Речка Сууксу начинаясь на склонах гор внезапно исчезает и дальше продолжается лишь ее сухая долина с галькой.
Примерно через 10-12 км река вновь появляется в виде мощного источника и уже как р. Черная впадает в Севастопольскую бухту. Надо отметить , что такие слепые и полуслепые долины широко развиты в местах распространения карстующихся пород - на Урале, в Башкирии, в Ленинградской, Смоленской, Нижегородской областях , в Крыму и на Кавказе.
В некоторых районах европейской равнины известны озера, которые внезапно исчезают , а потом вновь появляются. Дело в том , что эти озера находятся в карстовых котловинах или воронках . Поноры, присутствующие в них , забиты илом и тогда вода в озерах держится. Но если такая « пробка » вымывается, то и вода уходит в понор и глубже в карстовые полости.
Карстовые пещеры возникают различными способами : путем растворения, выщелачивания и размыва ; путем обрушения , раскрытия и последующего размыва тектонических трещин. Подземные воды, протекая по трещинам или тектоническимраздробленным зонам , постепенно растворяя и выщелачивая известняки или доломиты.
Таким образом, формируются пещерные полости, часто многоэтажные и сложные , когда отдельные крупные пещеры – « залы», соединяются с другими узкими каналами, щелями, нередко с текущими по ним ручьями . Крупные пещерные комплексы формируются продолжительное время – десятки и сотни тысяч лет. В пещерах сделаны многие важные палеонтологические и археологические находки, которые позволяют датировать верхние этажи пещер более древним возрастом, чем нижние. Развитие пещер тесно связано с колебаниями уровня зеркала подземных вод и местным базисом эрозии , например, рекой, а также тектоническими движениями. При понижении зеркала грунтовых вод , уже выработанные полости пещер осушаются и процесс растворения и выщелчивания переходит на более низкий уровень. Так может продолжаться несколько раз согласно с этапами врезания рекии колебаниями уровня грунтовых вод . В области многолетнемерзлых пород в пещерах развиты натечные формы состоящие из льда .
На дне пещер часто встречаются красноватые глинистые отложения , т.н. «терра-росса» или « красная земля », представляющие собой нерастворимую часть карбонатных пород , обогащенную окислами железа и алюминия. Однако, наиболее впечатляющей особенностью ряда карстовых пещер являются сталактиты и сталагмиты – причудливые натечные образования, создающие неповторимый облик пещерных залов . Все дело в том , что вода , всегда капающая с потолка пещер , насыщена газом СО2 , за счет растворения карбонатных пород , а , кроме того , насыщена и бикарбонатом кальция – Са ( НСО3 ) 2 . Происходит это по реакции СаСО3 + СО2 + Н2 О → Са ( НСО3 ) 2 Эта вода , капая с потолка, теряет часть углекислоты, в результате чего реакция сдвигается влево и бикарбонат снова переходит в СаСО3 , который и откладывается как на потолке пещеры ( сталактит), так и на днище ( сталагмит). В первую очередь на полу пещеры возникают наплывы , похожие на оплывший от свечи стеарин. Это, т.н. гуры. Затем на гурах возникают сталагмиты с широким основанием. Через какое- то время сталактиты и сталагмиты могут сомкнуться и тогда образуются колонны причудливой формы . Прекрасные многоярусные пещеры есть в горах Крыма , где они сформировались в мощных толщах известняков верхней юры ; в Чехии , Словении, на Урале, Кавказе и в других местах .
До сих пор речь шла об открытом карсте . Однако во многих районах, особенно платформенных , где развит закрытый карст. Встречаются т.н. суффозионные воронки ( лат. « суффозио» – подкапывание). Они возникают в том случае , когда из толщи отложений , перекрывающих карстовые формы , начинается процесс вымывания в карстовые полости. Постепенно на месте этой толщи образуется воронка, а еще ниже – полости, куда эти отложения и могут провалиться .
Карстовые формы развиваются везде, где присутствуют карстующиеся породы – известняки , доломиты, гипсы , ангидриты , каменные соли . В пределах Русской плиты широко развит покрытый карст, т. к. известняки карбона и девона повсеместно перекрыты моренными и флювиогляциальными четвертичными отложениями . Встречается также и древний карст, например, под Москвой, где в карстовых формах на поверхности каменноугольных известняков карманами залегает глинистая верхняя юра. В течение перми , триаса , ранней и средней юры этот район был сушей , и на ней интенсивно происходило карстообразование.
Гипсовый карст развит на северных склонах Уфимского плато в Башкирии, где распространены нижнепермские красноцветные породы с прослоями гипсов , доломитов . Карстовые котловины там имеют глубины до 100 м и в диаметре до первых километров. Пещеры гипсового карста в Приднестровье имеют протяженность в 142,5 км ( пещера Оптимистическая), занимая 2-ое место в Мире. Знаменитая Кунгурская «ледяная» пещера в Пермской области в Приуралье имеет в длину 5,6 км и образована в гипсах и ангидритах кунгурского яруса нижней перми . Она славится своими гротами длиной до 150-160 м с ледяными потолками на сводах и полу.
ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Если горные породы приобретают неустойчивое состояние, то в один прекрасный момент под действием силы тяжести может произойти обвал или оползень . Причин создания неустойчивости может быть много. Это и землетрясение, подмыв рекой берега реки или морская абразия, выветривание , прокладка дорог в горной местности, излишнее обводнение . Очевидно, что наиболее благоприятные условия для обвалов создаются в верхних частях скалистых горных склонов или хребтов. Обвалившаяся масса материала, состоящая из глыб, обломков щебня, грубого песка, обычно плохо сортирована, но крупные обломки скатываются по склону ниже всего. Любой материал , образовавшийся обвальным путем , называется коллювием , который образует обвальные шлейфы у подножья вертикальных обрывов куэст на Северном Кавказе и в Горном Крыму .
Сложенные массивными известняками вертикальные обрывы, высотой в десятки метров , постепенно отделяются трещинами от основной массы известняков, наклоняются и, наконец, обрушиваются вниз по склону .
Обвалы могут иметь очень большие объемы. Так, в долине Баксана на Северном Кавказе недалеко от Эльбруса в конце позднего плейстоцена, примерно 30 тыс . лет назад произошел грандиозный обвал с гор Андырчи и Курымычи , высотой около 4 км, расположенных на правом склоне долины. Причиной обвала было по- видимому, землетрясение. Огромные глыбы серых гранитов перекрыли концевую часть ледника и на несколько десятков метров « выплеснулись» вверх на противоположный склон долины. Выше по течению реки от обвала во время таяния ледника образовалось озеро. И сейчас этот колоссальный обвальный шлейф перегораживает долину Баксана и называется Тюбеле ( тюрск . «тюбеле» – вал) .
В 1911 г. на Памире, опять таки , во время землетрясения. Случился большой обвал, масса которого , ринувшись вниз по склону , образовала плотину на р.Мургаб высотой в 600 м . Это выше Останкинской телевизионной башни . В 1894 г. в Крыму произошел обвал с западного гребня г.Демерджи, который частично разрушил деревню , располагавшуюся у ее подножья.
Небольшие обвалы и камнепады происходят в горах после каждого сильного дождя или во время таяния снегов . Продвижение обвалов на значительные расстояния и, особенно на противоположный склон , когда обвальная масса движется вверх, казалось , бы вопреки силы тяжести объясняется, во - первых, большой энергией и скоростью массы , во - вторых, срыванием дерна с поверхности, который служит « смазкой» и, в- третьих, захватыванием фронтальной частью массы воздуха, который сжавшись, играет роль воздушной подушки , уменьшая трение . Этим объясняется своеобразное « выстреливание» обвальной массы на значительные расстояния .
Оползень это, как правило, сравнительно медленное перемещение , оползание, какой- то части склона без существенного нарушения ее внутреннего строения . Для того , чтобы часть склона соскользнула вниз необходимо наличие водоупора и залегающего на нем водоносного слоя . Тогда водоупор будет играть роль смазки для вышележащей части склона .
Оползни бывают молодыми и древними. Оползание может быть одноактным процессом или происходить неоднократно . В любом оползне различают: тело оползня, поверхность скложения , тыловой шов, надоползневой уступ . Фронтальная часть оползнядействует как нож бульдозера , сминая перед собой поверхностные слои почвы и рыхлых пород . Между тыловой частью оползня и надоползневым уступом образуется понижение, западина , нередко занятая небольшим озерцом . Оползание склонов происходит как в долинах , так и в горах. Например, широко известны оползни в Среднем Поволжье, где смазкой служат верхнеюрские темные глины . В 1884 г. в Саратове в результате оползней на левом берегу Волги были разрушены сотни домов . Южный берег Крыма сплошь покрыт системой разновозрастных, в том числе и древних, оползней , т.к. склоны сложены флишевыми породами верхнего триаса - нижней юры , состоящими из аргиллитов и тонких песчаников . По ним оползают огромные глыбы верхнеюрских известняков обрыва 1- ой гряды Крымских гор - Яйлы ( яйла - пастбище, тюрск ). Грандиозный оползень г.Кошки около Симеиза в Крыму имеет длину более 3 км и сложен верхнеюрскими известняками . Крымские оползни двигаются медленно, от нескольких сантиметров до 100 м в год . Однако, этого достаточно , чтобы в районе Гурзуфа на южном берегу , постоянно разрушалось шоссе. Прокладка новых дорог подрезает части склонов, что приводит к их оползанию.
В Москве, крутой склон Воробьевых гор весь покрыт небольшими оползнями , т.к . верхняя часть склона сложена тяжелыми моренными суглинками. Хорошо виден т.н. “ пьяный лес”, наклоненные в разные стороны стволы деревьев , которые сползали с частью склона . Такие же оползни развиты и по долинам рек Пахры , Клязьмы и др. в окрестностях Москвы .
Катастрофические оползни регулярно происходят в горных районах Таджикистана во время сильных ливней. Обычно сползают рыхлые склоновые отложения , разрушая кишлаки . К сожалению , при этом гибнут люди. Оползни, продолжающиеся уже длительное время , нарушили систему водоснабжения в г.Ставрополе в Северном Предкавказье . Дело в том , что Сенгилеевское озеро, из которого подается питьевая вода , расположено на 465 м ниже города , а на склонах, обращенных к озеру, развиваются оползни . Последние из них произошли весной 1999 г., разрушив три насосные станции из пяти .
Развитие оползней провоцируют землетрясения. Так, во время знаменитого своей силой Чилийского землетрясения 1960 г. возникло множество оползней и оплывин , когда по склонам перемещаются массы рыхлых пород , пропитанные водой . В 1906 г. в Сан-Франциско так же во время землетрясения на склоне холма возник оползень объемом в 100 000 м3.
Неустойчивое, предоползневое состояние массы пород вызывается разными причинами , в том числе характером наклона слоев и положением возможной оползневой массы по отношению с ним ; неправильной подрезкой склонов при освоении участков с прокладкой дорог, обустройством площадок для строительства и др. Оплывина – это насыщенная водой масса рыхлого материала, способная течь под действием силы тяжести . В 1972 г. после сильных дождей в Гонконге на крутом склоне возникла оплывина, разрушившая несколько многоэтажных зданий , что привело к гибели 67 человек. Процессы солифлюкции представляют собой также процесс медленного перемещения рыхлого , водонасыщенного склонового материала.
Таким образом, коллювиальные процессы можно подразделить на:
1. обвальные ; 2. оползневые : а ) скольжение параллельное склону; б ) скольжение по вогнутой траектории со смятием фронтальной части масс ; 3. Течение или оплывание .
Эти процессы могут происходить быстро, мгновенно; могут занимать какое- то время , а могут и происходить очень медленно, со скоростью 1 мм/ сутки или 1 см/год . Такие медленные подвижки называются крипом. Явление крипа хорошо иллюстрируется загибом верхних частей пластов флишевых отложений на склоне , причем загиб направлен в сторону понижения склона .
Все гравитационные процессы – источник опасности, особенно обвалы и оползни. Предотвратить обвалы трудно , но предсказать место, где они могут быть, вполне возможно. А вот борьбу с оползнями вести необходимо. Для этого нужно укрепить оползающее тело , отвести от него воду , сделать дренаж, т.е . выкопать канавы, провести штольню для отвода воды и т.д . Оползень можно закрепить, буквально « прибив» его бетонными сваями к коренным породам . Делают это так: сначала бурят скважины через неустойчивую массу пород до коренных, устойчивых; вводят в скважину бетонную сваю и цементируют ее нижний конец в устойчивых породах; надевают на выступающий конец сваи на поверхности стальную пластину и закрепляют ее .