перенос песка и форма рельефа песчаных пустынь
Билет 24. Формирование эолового рельефа и движение песков, типы пустынь
Переносимые ветром частицы пыли, «перетекающие» пески, подброшенные ураганом обломки и гальки где-то должны накапливаться, формируя толщи эоловых отложений.
Наибольшее количество песка аккумулируются в пустынях, где он состоит преимущественно из кварцевых зерен, как минерала наиболее устойчивого к химическому выветриванию. Происхождение песка, в основном, речное, т.е. песок пустынь – это перевеваемые аллювиальные отложения, т.к. тысячи лет назад климат в районах современных пустынь был более влажным, там текли реки, и существовала растительность.
Ветер непрерывно перемещает песчаные массы, формируя своеобразный рельеф, свойственный только пустыням. Пожалуй, наиболее типичной формой рельефа являются барханы – скопления песка, имеющие в плане форму сплющенного полумесяца с двумя «рогами», обращенными в сторону дующего ветра. В поперечном разрезе бархан это асимметричный холм, с пологим, длинным наветренным склоном и крутым 34° подветренным. Песок перемещается вверх по пологому склону и скатывается с крутого, поэтому гребень у бархана острый. Барханы достигают в высоту 30-35.
На поверхности наветренных склонов барханов образуется мелкая эоловая рябь, как на воде. Кроме барханов в песчаных пустынях развиты валы – длинные, но неширокие скопления песка с пологими склонами. Высота гряд достигает 200 м, а длина первые километры. В плане они похожи на вытянутые капли. Понижения между валами подвергаются дефляционным процессам и тонкий материал выдувается из них углубляя продольную котловину.
Грядово-ячеистые песчаные формы возникают при соединении песчаными перемычками гряд барханов. Кучевые формы рельефа образуются за какими-либо препятствиями – скалами, глыбами горных пород, кустарниками. Разбросаны они беспорядочно и острым концом направлены по ветру.
Существуют и другие типы песчаных аккумулятивных форм, обусловленных перемещением песков под влиянием ветра, скорость которого достигает десятков метров в год. Движущиеся пески наступают на поселения, перекрывают дороги, сельскохозяйственные поля.
На морских побережьях, в долинах и дельтах крупных рек за счет развевания аллювиальных отложений формируются песчаные формы рельефа – дюны. Они похожи на барханы, обладают параболической формой и также передвигаются под влиянием преобладающих ветров.
Типы пустынь выделяются на основании преобладания дефляции или разных способов аккумуляции рыхлого материала.
Каменистые пустыни или гаммады представляют собой развалы горных пород, группы скал практически лишенных рыхлых, сыпучих отложений, которые уносятся процессами дефляции. В таких, довольно мрачных пустынях камни покрыты черным налетом. Этот, т.н. «пустынный загар» образуется потому, что очень сильное испарение в сухом, жарком климате, подтягивает вверх влагу по капиллярам в зоне аэрации, которая содержит растворенные железомарганцевые окислы, выпотевающих на поверхности камней.
Аккумулятивные пустыни бывают различными по своему характеру. Преобладают песчаные пустыни – кумы в Средней Азии или эрги в Африке. Все эти пустыни обладают своеобразным рельефом из барханов, гряд, бугров и валов. Песок, слагающий поверхность пустынь, непрерывно движется, хотя его мощность составляет всего несколько десятков метров.
Глинистые пустыни или такыры возникают на месте высохших озер. Поверхность таких пустынь исключительно ровная, покрыта глинистой, растрескавшейся коркой.
Солончаковые пустыни или шоры располагаются в местах преобладания лессовых отложений и характеризуются обычно сильно развитой овражной сетью, не оставляющей в таких пустынях ровного места.
Билет 25. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод.Под текучими водами понимают все воды поверхностного стока на суше от струй, возникающих при выпадении дождя и таяния снега, до самых крупных рек. Все воды, стекающие по поверхности Земли, производят различного вида работу. Чем больше масса воды и скорость течения, тем наибольший эффект ее деятельности. Хорошо известно, что поверхностная текучая вода – один из важнейших факторов денудации суши и преобразования лика Земли.
Как и в других экзогенных процессах, в деятельности текучих вод могут быть выделены три составляющие: 1) разрушение 2) перенос 3) отложение или аккумуляция, переносимого материала по путям переноса. По характеру и результатам деятельности можно выделить три вида поверхностного стока воды: плоскостной безрусловый склоновый сток, сток временных русловых потоков,сток постоянных водотоков – рек.
Временные водные потоки возникают при выпадении атмосферных осадков или при таянии снегов. В остальное время сток в равнинных условиях приводит к формированию оврагов, т.к. отдельные безрусловые потоки сливаясь в более крупный ручей, способны размывать склоны, эродировать их, образуя уже более глубокие борозды – зарождающиеся овраги. (Павлов и Докучаев)
Образование оврага начинается с неглубокой борозды или рытвины на склоне. В дальнейшем борозда наряду с углублением, наращивает свою долину как вверх, так и вниз по склону. Продольный профиль зарождающегося оврага в это время неровный, а его устье еще не достигает подножья склона – базиса эрозии и, как бы «висит» на склоне, поэтому и называется висячим. Вершина оврага в это же время продвигается вверх по склону, овраг как бы «пятится». Такой вид эрозии носит название «регрессивной» или «пятящейся» Постепенно овраг своим истоком приближается к водоразделу, а устьем – к базису эрозии. Достигнув, наконец, своего базиса эрозии, овраг вступает в зрелую стадию своего развития, его продольный профиль приобретает вогнутую форму, а поперечный – V – образную, с крутыми осыпающимися склонами. Постепенно профиль оврага становится очень пологим в своей нижней части и крутым в верхней. Вода, периодически текущая по дну оврага, переносит мелкий, плохо окатанный и сортированный материал, формируя его скопления около устья, т.н. конус овражного выноса.
Во многих горных районах под влиянием бурного, летнего таяния снегов и ледников, а также в результате кратких, но сильных грозовых ливней, возникают мощные временные водотоки, нередко содержащие в себе очень много обломочного материала и обладающие большой плотностью, оказывающие разрушительное воздействие на любые препятствия, склоны и русла долин временного стока. Такие высокоплотностные потоки называются селями. Когда количество обломочного материала достигает в потоке 80%, это уже не водный, а грязекаменный поток. Сели возникают внезапно и производят большие разрушения на своем пути. Особенно часто их образование связано с прорывом высокогорных озер, расположенных в конечных моренах высокогорных ледников. Кроме селевых, бурных водных и грязекаменных потоков, в горных областях развиваются также временные водотоки, возникающие во время дождей. Такие водотоки обычно подразделяются на 3 части: 1) верхнюю – водосборный бассейн; 2) среднюю – канал стока; 3) нижнюю – бассейн разгрузки или конус выноса. При выходе на равнину такие временные водные потоки откладывают материал, который они несли, в виде веерообразного в плане устьевого конуса выноса или фена, или сухой дельты. Подобный материал – пролювий.(потоковая фация, веерная, застойно-водная фация)
Сток постоянных водотоков- рек.Движение воды в реках контролируется 3 факторами: 1) градиентом уклона склона. 2) расходом водного потока (Q= Vср.*S) 3) формой русла.(стрежень, завихрении, плесы)
Живая сила или энергия потока: K= mV 2 /2. К>L( взвешенные частицы в воде)-> эрозионная деятельность.
Врезание реки происходит, главным образом, при помощи осадков, которые воздействуют на коренные породы ложа реки как абразивный материал, но вода не обладает абразивными свойствами. Гидравлическое воздействие воды связано с ее ударным воздействием на рыхлый материл. Растворяющее действие воды на породы ложа реки связано с наличием в воде угольной и органических кислот, которыми она насыщается, проходя в истоках через заболоченные, застойные участки. Эрозия дна, это – донная эрозия, а по берегам реки боковая эрозия, сильно зависящая от характера извилистости русла. Перенос материала: ионов(растворение) и твердый сток реки: взвешенные частицы(2-3 см/с), крупные частицы: сальтация (прыжки), перекатыванием, скальжением
Аккумуляция (отложение) материала в реках происходит в самом русле, по берегам реки во время половодья и в устьевой части реки, где образуется конус выноса или дельта. Весь обломочный материал, откладываемый реками называется аллювием.(Баклендом, Дкучаев) Гидрологический режим рек обуславливает формирование аллювия равнинных и горных рек.
Пустыня покрыта песком, но что под ним?
Большинство пустынь на Земле, по сути, не покрыты песком, а состоят из обнаженных скальных пород и пустынного камня, а также каменистых обнажений и глины, в зависимости от рельефа местности, геологического строения и погодных условий.
Когда упоминается слово «пустыня», большинство людей представляют себе волнистые дюны Сахары, массивные кучи перемещающегося песка, насколько это видно глазу. Это то, что фильмы, телевизионные шоу и популярная культура рассказывали нам о пустынях, но это далеко не вся история. Да, в пустынях мира есть невероятное количество песка, что действительно заставляет задуматься о том, что же находится под золотым ковром, но в большинстве районов пустыни песка очень мало, поэтому мы с легкостью можем увидеть то, что лежит под ним!
Образование пустыни
С точки зрения формального определения пустыня, как правило, характеризуется крайним отсутствием осадков. Одной из основных причин, по которым в пустыне выпадает мало осадков, является то, что она находится «не на той стороне горы». Чтобы понять это, необходимо учитывать поведение воздуха и влаги при столкновении с препятствием. Например, рассмотрим метеорологическую систему, дующую с запада и натыкающуюся на горный массив север-юг. Влажный, теплый воздух, который скатился у основания горы, теперь начнет подниматься и образовывать облака. Однако, когда воздух поднимается, он начинает охлаждаться, заставляя его выделять влагу в виде осадков.
К тому времени, как воздух перемещается над вершиной горного хребта, он в значительной степени лишается влаги, за исключением нескольких облаков, которые не производят большого количества осадков. Восточную сторону горы называют «дождевой тенью», и воздух будет спускаться и нагреваться, но не будет иметь никакой влаги, о которой можно будет говорить. Это часто приводит к появлению жарких сухих ветров, которые могут усугубить образование пустыни на протяжении тысяч или миллионов лет.
Пример дождевой тени.
При этом некоторые пустыни на планете не расположены вблизи гор, а являются результатом уникальных погодных условий в региональном масштабе. Системы высокого давления насыщены теплым, тяжелым воздухом, а в субтропических или полупостоянных системах высокого давления, например в районе Сахары, этот воздух не может подниматься, охлаждаться, образовывать облака и генерировать осадки.
Кроме того, если система высокого давления прочна и стабильна, то это делает ее очень трудной для систем низкого давления, чтобы двигаться и генерировать изменчивость в погодных условиях. В результате у вас есть регион, который получает очень мало дождей, подвергается ударам сухих ветров и не выигрывает от движения холодных фронтов.
В то время как для большинства пустынь характерна палящая жара, есть и холодные пустыни, такие как пустыня Гоби, весь континент Антарктиды, или прибрежная пустыня Перу и север Чили, где воздух настолько холоден, что не может удерживать влагу, чтобы выпадать осадки. В то время как поверхность антарктической пустыни покрыта снегом и льдом, порывистые кристаллы льда и сухой ветер создают похожие условия, при этом на смену классическим песчаным бурям в пустыне приходят белоснежные ветры.
На протяжении миллионов лет эти погодные условия и топографические факторы приводят к тому, что земля в основном лишена растительного покрова, так как зачастую воды слишком мало для поддержания жизни, а постоянно меняющийся ландшафт затрудняет жизнедеятельность корневых систем. Эти пустыни также подвержены температурным сдвигам, поскольку они очень легко набирают и теряют тепло. В отличие от городов, джунглей и лугов, пустынный песок не способен эффективно удерживать свою жару, поэтому, хотя днем может быть очень жарко, земля не удерживает эту жару до ночи, что приводит к резким колебаниям температуры, что является еще одним препятствием для процветания жизни.
Откуда берется песок?
Хотя мы частично развенчали идею о том, что пустыни полностью покрыты песком, остается вопрос — откуда берется песок в первую очередь? Как уже упоминалось в разделе выше, резкие изменения температуры между днем и ночью могут привести к возникновению напряжений на горных породах региона, которые могут расщепляться и трескаться.
Соедините это с сухим, порывистым ветром, который легко вызывает эрозию, и вы получите большое количество песка, формирующегося на протяжении тысячелетий. Песок в основном будет сортироваться сам по себе, с более крупными и тяжелыми кусками разрушенного песка на дне, и мелким, похожим на ил, песком на поверхности, где его можно взбивать и сдувать в дюны, или же в дальнейшем способствовать процессу выветривания, вызывающему ветровую эрозию.
Наконец, не все пустыни состоят из песка. Существуют эрг (песчаные пустыни), серрир (галечные пустыни) и хаммада (каменные пустыни), каждая из которых сформирована уникальными эрозионными схемами и климатом. Некоторые области пустыни могут характеризоваться дюнами и песком, но другие пустынные области могут быть просто бесплодными, что подводит нас к последнему вопросу этой статьи.
Что под песком?
Не имея ни почвы, чтобы покрыть ее, ни растительности, чтобы удержать эту почву на месте, пустынный камень полностью раскрывается и подвергается воздействию стихии.
Пустыня необязательно плоская, поэтому есть холмы и скальные образования, которые либо выветриваются вниз до плоской земли внизу, либо формируются в обнаженных породах под воздействием эрозии. Холмистые равнины дюн могут также намекать на холмистые холмы, которые когда-то существовали под ними. Вид, цвет и твердость поверхностных пород зависят от геологических особенностей региона.
Существует очень высокая вероятность того, что открытые участки пустыни такие же, как те, которые покрыты песком, при условии, что они географически близки. Кроме того, по мере того, как пустыни «растут», это не то, что песок распространяется, а скорее экосистемы по краям пустыни аналогично уступают место, поскольку почва сдувается, растительность уменьшается и начинаются эрозионные процессы!
Заключительное слово
Пустыни могут показаться запретными и загадочными местами, но они являются результатом совершенно естественных процессов эрозии и погодных условий. В следующий раз, когда вы будете смотреть документальный фильм о природе, и они покажут масштабный снимок над морем дюн, помните, что это лишь малая часть того, как выглядит вся пустыня. Эстетическая красота вихревого песка не может соперничать с бесплодным и жестоким пейзажем скалистой пустыни, где обнажена опаленная ветром скала.
Перенос песка и форма рельефа песчаных пустынь
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
Нормы проектирования и сооружения земляного полотна
автомобильных дорог в песчаных пустынях
Дата введения 1990-01-01
РАЗРАБОТАНЫ Среднеазиатским филиалом Союздорнии при участии Союздорнии, Казахского филиала Союздорнии, Туркмендорпроекта, БухараНИИдорпроекта.
ВНЕСЕНЫ Союздорнии Минстроя.
ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Главным научнотехническим управлением Минтрансстроя (В.П.Терешков).
УТВЕРЖДЕНЫ Главным научно-техническим управлением Минтрансстроя СССР (письмо N АВ-483 от 1 ноября 1989 г.)
1.1. Настоящие Нормы распространяются на районы песчаных пустынь V дорожно-климатической зоны. Нормами можно руководствоваться и в других дорожно-климатических зонах при необходимости защиты земляного полотна от песчаных заносов.
1.2. При проектировании земляного полотна в песчаных пустынях наиболее сложной задачей является обеспечение незаносимости дороги песком. Решению этой задачи следует уделять основное внимание на всех этапах проектирования дороги. Наиболее успешно решить задачу борьбы с пескозаносами можно на стадии выбора направления трассы и проложения ее на местности. Для этого необходимо знание особенностей природных условий песчаных пустынь и правильный их учет.
1.3. Пески пустынь по степени подвижности подразделяют следующим образом (табл.1):
Характерные признаки подвижного песка
Актив- ность ветро- вого режима
Годо- вой объем пере- носа песка, м /м
Содер- жание пыле- вато- гли- нистых частиц, % массы
Тип и характер движения песка
Степень закреп- ления песков расти- тельно- стью
Пло- щадь, покры- тая расти- тель- но- стью, %
Характер растительного покрова
Движение песка в виде ветропесчаного потока (переметание песка)
Сплошной растительный покров и дерн в понижениях. Гребни песчаных форм могут быть обнажены или покрыты редкой растительностью
Примечание. Степень подвижности песка оценивают на полосе шириной не менее 100 м в каждую сторону от намеченной трассы дороги.
а) подвижные (барханные), способные к перемещению в виде подвижных форм рельефа (см. п.1.4) и к перестройке склонов под действием ветра. Эти пески, как правило, не закреплены растительностью (незаросшие) или имеют редкую растительность (слабозаросшие);
б) малоподвижные (полузаросшие) пески, на которых возможно образование отдельных подвижных форм рельефа на незакрепленных участках поверхности;
в) неподвижные (заросшие) пески, закрепленные растительностью. Перемещение их происходит только в виде ветро-песчаного потока, насыщенность которого зависит от степени зарастания поверхности песков.
При уничтожении растительности заросшие пески в короткий срок превращаются в барханные, формы рельефа становятся подвижными.
1.4. Необходимо различать следующие основные формы рельефа подвижных песков:
г) сложнобарханные пески или барханные поля, характеризуемые чередованием более крупных и более мелких, различно ориентированных барханных форм, понижения между которыми имеют незначительную ширину или отсутствуют.
1.5. Заросшие и полузаросшие пески по форме рельефа разделяют:
д) на равнинные и пологоволнистые пески.
1.6. Барханные пески по гранулометрическому составу следует относить к мелким одноразмерным пескам (ГОСТ 25100-82). Содержание частиц размером 0,10-0,25 мм в барханных песках превышает 90% массы.
1.7. Перемещение песка под действием силы ветра во всех случаях происходит в виде ветропесчаного потока.
В комплексе рельефа песчаной пустыни, равно как и в каждом из его элементов, различают зоны развевания и выноса песка (дефляции), переноса (транзита) и накопления (аккумуляции).
Такие же зоны образуются на обширных территориях пустынных районов. Одни участки этих территорий подвергаются преимущественно ветровой эрозии, на других образуются подвижные формы рельефа. Участки с ровной, гладкой и устойчивой поверхностью (солончаки, такыры, песчано-глинистые равнины) чаще всего являются зонами, в которых песок не накапливается, если на пути ветропесчаного потока не возникает естественных или искусственных препятствий.
1.8. Усовершенствованные дорожные покрытия, устраиваемые с применением вяжущих материалов, характеризуются лучшей транзитной способностью.
Устройство переходных типов дорожных одежд (щебеночных, гравийных, грунтовых улучшенных) в пустынях не рекомендуется ввиду их быстрого износа и разрушения в условиях сильных ветров и резкого дефицита влаги.
1.9. Задачу защиты от песчаных заносов дорог, построенных в условиях распространения подвижных песков, следует решать комплексно:
а) оценивать природные условия района строительства с позиции угрозы песчаных заносов;
б) выбирать трассу исходя из условия максимального использования незаносимых участков местности и элементов рельефа;
в) создавать условия, облегчающие перенос песка через дорогу в виде ветропесчаного потока (придание обтекаемого поперечного профиля насыпям и рационального очертания выемкам, планировка придорожных полос);
г) закреплять пересекаемые дорогой, а также близкорасположенные к ней участки с подвижными формами рельефа, используя механическую защиту или другие временные средства с одновременным осуществлением фитомелиорации (закрепление растительностью), являющейся единственным надежным способом закрепления песков;
д) охранять как естественную, так и специально высаженную растительность в пределах полосы местности, примыкающей к дороге;
е) применять активные методы борьбы с песчаными заносами путем систематической планировки придорожных полос в местах, где под действием ветра образуются сосредоточенные подвижные скопления песка.
1.10. Защита автомобильных дорог от песчаных заносов должна являться составной частью мероприятий по закреплению песков в данной местности и сочетаться с защитой других объектов народного хозяйства от песчаных заносов. Поэтому эти мероприятия должны быть согласованы с местными органами, осуществляющими и координирующими все работы по освоению песчаных пустынь и охране окружающей среды.
2. Учет особенностей природных условий песчаных пустынь
2.1. При проектировании автомобильных дорог в песчаных пустынях необходимо учитывать комплекс природных условий, определяющих особенности песчаных пустынь.
Обобщенными показателями этих особенностей являются:
повсеместное распространение мелких песков;
активность ветрового режима;
2.3. На первом этапе природные условия оценивают по литературным и фондовым материалам, а при необходимости уточняют на основе глазомерной или инструментальной рекогносцировки местности.
Особое внимание при этом следует уделять изучению факторов, влияющих на выбор направления трассы дороги и ее проложение на местности.
2.4. В песчаных пустынях наиболее важными факторами, которые необходимо учитывать при выборе направления трассы дороги и ее трассировании, являются:
степень подвижности (зарастания песков);
формы песчаного рельефа;
тип и характер движения форм песчаного рельефа;
источники получения воды, пылевато-глинистого грунта и каменных материалов.
Данные, необходимые для изучения указанных факторов (кроме типа и характера движения песков), как правило, имеются в специализированных ведомствах и организациях, занимающихся освоением пустынь и использованием их природных ресурсов.
Тип и характер движения песков следует определять на основе розы переноса песка. Для ее построения используют годовые объемы переноса песка, приведенные в прил. 1 по основным метеорологическим станциям Средней Азии и Казахстана. При отсутствии в прил. 1 данных по необходимой станции объем переноса песка определяют расчетом (прил. 2). В тех случаях, когда в районах проложения трассы дороги нет метеорологических станций, тип и характер движения песков следует устанавливать экспериментально (прил. 3).
2.5. По результатам первого этапа оценки природных условий составляют план трассы (топооснову) и задание на производство инженерных изысканий с краткой пояснительной запиской.
На сокращенный план наносят:
розу переноса песка;
контуры песков разной степени подвижности с наименованием характерных форм песчаного рельефа;
контуры подземных вод, глубину их нахождения, степень минерализации, места выхода на дневную поверхность (колодцы) и места предполагаемой добычи воды;
имеющиеся и предполагаемые карьеры пылевато-глинистого грунта и каменных материалов, их запасы и мощность песчаного чехла;
трассу дороги и ее варианты;
старые караванные пути и проезды.
В задании указывают:
основной ход трассы и ее преимущества в сопоставлении с вариантами;
участки трассы, где необходима дополнительная вариантная проработка, ее мотивы и предложения;
зону и глубину поиска воды, пылевато-глинистого грунта и каменных материалов;
кроме того, в задании перечисляют вопросы, требующие уточнения в процессе полевых работ и касающиеся защиты земляного полотна от песчаных заносов; особые работы и способы их выполнения.
2.6. К особым работам, которые не предусмотрены типовой номенклатурой работ, выполняемых в процессе инженерных изысканий, относятся:
оценка типа и характера движения песков;
измерение объема переноса песка.
Методика выполнения работ приведена в прил.3.