Перенос продуктов выветривания
|
Перенос продуктов механического раздробления пород — частиц, зерен и обломков различного размера, начинается либо под непосредственным влиянием силы тяжести (обвальные процессы, образование делювиальных накоплений), либо при достижении флюидом-переносчиком (водой или ветром) определенной скорости. Способы переноса обломочных продуктов выветривания довольно разнообразны. Самыми распространенными являются перемещение обломков путем перекатывания, скачками (сальтацией) и в виде грубых механических взвесей в воде (или в воздухе). Так, в русле реки при определенной скорости потока (рис. 3.1) гальки будут перекатываться по дну, песчинки прыгать, а алевритовые и глинистые частицы перемещаться в виде взвеси. Таким образом переносится обломочный материал не только водными, но и воздушными потоками.  Процессы переноса и осаждения обломочных частиц в водном потоке экспериментально изучены Ф. Хьюльстромом. На рис. 3.2 приведена диаграмма, показывающая зависимость размыва, переноса и отложения отломочных частиц от их размеров и скорости потока. Из диаграммы следует, что начало размыва (отрыва от дна потока) частиц размером меньше 0,1 мм соответствует такой же скорости потока, как при начале размыва частиц, размер которых превышает 1,0 мм. Для более мелких частиц эта скорость значительно возрастает.  Так, например, частицы размером 0,001 мм, лежащие на дне, начнут испытывать размывающее действие потока только при скорости около 300 см/с, а частицы размером около 0,5 мм будут подвергаться размыву при скорости потока всего 20 см/с. Это явление связано с тем, что частицы малых размеров (особенно глинистые частицы), лежащие на дне, обладают значительными силами сцепления и для их отрыва от дна необходима большая скорость потока. Однако если частицы начали двигаться, их дальнейшее поведение зависит от скорости осаждения. Из диаграммы Ф. Хьюльстрома видно, что частицы крупнее 0,01 мм (алевритовые и песчаные) будут отлагаться, накапливаться на дне, если скорость движения воды меньше 0,1 см/с. Глинистые же частицы, размеры которых часто бывают меньше 0,001 мм, будут поддерживаться во взвешенном состоянии при значительно более медленных движениях воды. Скорость осаждения различных частиц контролируется двумя законами. Мелкие частицы сферической формы, размеры которых менее 0,1 мм, подчиняются закону Стокса:  где V — скорость погружения частиц; d1 — плотность вещества частиц; d2 — плотность жидкости; μ — вязкость жидкости; g — Ускорение силы тяжести r — радиус частиц. Иными словами, V = C1*r2, где C1 включает вышеперечисленные Постоянные величины. При осаждении крупных сферических частиц, размеры которых превышают 1 мм, влияние вязкости жидкости на скорость осаждения пренебрежимо мало. Определяется по формуле  где С2 включает постоянные величины. Таким образом, скорость осаждения мелких частиц (≤0,1 мм) прямо пропорциональна квадрату их радиуса, а крупных (≥1,0 мм) — квадратному корню из радиуса частиц. На скорость осаждения частиц размером от 0,1 до 1,0 мм оказывают влияние оба закона, что подтверждается кривой, построенной по данным экспериментального изучения скоростей осаждения этих частиц (рис. 3.3). Транспортирующая деятельность рек зависит от скорости течения, которая меняется в широких пределах: от нескольких сантиметров в секунду для равнинных рек (для крупных рек эта цифра может иногда достигать 100 см/с и более) до 700 см/с для горных, общая масса продуктов выветривания, выносимых всеми реками земли в моря и океаны в виде обломков и механических взвесей, так называемый твердый сток, составляет 18,5 млрд т а год. Количество вещества, вынесенного в ионно-растворенном состоянии, оценивается в 3,2 млрд т в год (по данным А.П. Лисицына). При этом всего восемь рек выносят в мировой океан более одной трети суммарного годового твердого стока всех рек земного шара (табл. 3.4).  Океанские и морские течения. Скорость вблизи водной поверхности достигает от 30—50 до 100—150 см/с; на глубинах 500—1 000 м от поверхности моря может составлять от 8—10 до 50—70 см/с. Большие количества обломочного материала перемещаю с периодические приливно-отливные течения, возникающие под воздействием притяжения водной массы гидросферы Луной и Солнцем. Вдали от берегов скорость приливов и отливов составляет до 25 см/с. На мелководье и в узких проливах и заливах она может достигать 500—700 см/с. При этом не только переносится и перераспределяется по акватории бассейна поступающий в него с суши обломочный материал, но и активно размываются берега и дно бассейна. Своеобразным способом переноса обломочного и глинистого материала, играющим важную роль в его распределении в пределах крупных морских, и особенно океанских бассейнов, являются мутьевые или турбидитные потоки. Они возникают обычно в районах континентального склона и связаны с местным взмучиванием осадков (например, в результате землетрясения или подводного обвала). Образующееся при этом «облако» мутной воды (взвесь) имеет большую плотность, чем плотность окружающей чистой воды бассейна, поэтому оно начинает стекать по уклону дна в сторону больших глубин. Возникает явление, напоминающее cнежныe лавины в горах, причем уклоны дна составляют лишь 2—3° Взмучивая и захватывая новые порции рыхлых осадков, такая подводная «лавина» может достигать высоких скоростей и переносить большие массы обломочного материала. В области абиссальных равнин турбидитный поток замедляет движение и наконец останавливается. При снижении cкорости движения начинается осаждение обломочного материала (рис. 3.4).  Широко известен турбидитный поток, возникший в 1929 г. в Северной Атлантике в районе Большой банки (юго-восточнее о. Ньюфаундленд) в результате землетрясения. Примерно в 200 км юго-восточнее побережья о. Ньюфаундленд на Глубинах от 200 до 4 000 м по дну Атлантического океана преходят многочисленные кабели телеграфной и телефонной связи между Европой и Северной Америкой. 18 ноября 1929 г. в результате землетрясения в районе окраины Большой банки произошел разрыв ряда кабелей. Вслед за этим на фоне тектонического спокойствия последовательно в направлении с северо-запада на юго-восток начала прерываться связь по кабелям, проложенным на различной глубине (до 4 000 м) (рис. 3.5). По мнению Б. Хизена и М. Юинга, землетрясение вызвало оползни и обвалы на континентальном склоне Большой банки. Сползая вниз, осадки смешивались с водой и образовывали огромный подводный грязевой поток, который устремился в сторону абиссальных глубин океана. По времени последовательного прекращения связи было установлено, что скорость движения массы, вызывавшей разрыв одного кабеля за другим, достигала 100 км/ч. В результате последовавших затем ремонтных работ было установлено, что турбидитным потоком 18 ноября 1929 г. в пределах океанической абиссальной равнины отложен слой песчано-алевритового материала мощностью около 1 м на площади 280 000 км2. Расстояние, которое прошел поток от места своего образования, составило 700 км.  Осадки, отлагаемые турбидитными потоками, — турбидиты имеют большое площадное распространение. Как показали эксперименты, увеличение массы потока приводит к существенному возрастанию площади, па которую он распространяется, и лишь к незначительному возрастанию толщины слоя образующихся при этом турбидитов, так как поток легко растекается по дну океана или моря. Для образующихся турбидитов характерна градационная слоистость — постепенное уменьшение размеров обломочных частиц от подошвы к кровле слоя при наличии по всему слою примеси мелкого глинисто-алевритового материала (рис. 3.6). Мощности отдельных слоев турбидитов составляют обычно от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров, редко больше. Продукты химического разложения материнских пород, образующие субколлоидные, коллоидные и истинные (ионные) растворы, представляют собой более или менее устойчивые системы. Они мигрируют вместе с водой ручьев, рек, озер, морей и океанов. Необходимо помнить, что между грубой механической взвесью H коллоидным раствором лежит обширное поле так называемых суспензий, или топких взвесей. В суспензиях дисперсная фаза находится на более низкой ступени раздробления, т. е. ее размеры больше, чем размеры коллоидных частиц. Однако по своим физико-химическим свойствам, и особенно по способности давать устойчивые системы, такие суспензии приближаются к коллоидным растворам. Образование устойчивых суспензий характерно для различных глинистых минералов.  Субколлоидные и коллоидные растворы формируются гидроокислами алюминия, железа и марганца, особенно в присутствии органических соединений, за счет образования соответствующих металлоорганических коллоидных комплексов, а также соединениями ванадия, хрома, никеля, кобальта, меди и ряда других металлов, существенная часть которых мигрирует, будучи адсорбированной различными субколлоидиыми частицами, в частности коллоидами гидроокислов Al, Fe и Mn и глинистыми минералами. Н.М. Страхов называет эти металлы элементами-спутниками. Карбонаты кальция и магния, а также кремнезем и соединения фосфора переносятся главным образом в виде истинных ненасыщенных растворов, хотя иногда такие растворы могут достигать предела насыщения. Наконец, хлориды и сульфаты калия, натрия, кальция, магния и некоторых других химических элементов переносятся исключительно в виде истинных растворов, причем концентрация этих соединений в природных водах далека от насыщения. |
