Геологическая деятельность озер и болот
Геологическая деятельность озер .
Озеро- это углубление на поверхности суши – котловина, частично заполненная водой . Озера не обладают непосредственной связью с океанами или морями и наиболее широко развиты в областях гумидного климата, занимая чуть больше 2% поверхности континентов. Некоторые озера, в виду своих больших размеров называются внутренними морями. Например, Каспийское озеро – море, имеющее площадь около 376 00 км2, максимальную глубину почти в 1000 м и лежащее на 28 м ниже уровня океана . Аральское бессточное , соленое озеро- море, сейчас почти пересохшее и ряд других . Озера располагаются как в низменностях , так и в горных районах. Оз. Титикака в Андах находится на высоте почти в 4 км. В горной местности располагается самое крупное в мире пресноводное озеро Байкал , содержащее 23000 км3 прекрасной пресной воды, обладающее площадью 66000 км2 максимальной глубиной в 1741 м и находящееся над уровнем моря на высоте 455 м . Образование озерных котловин .
Озерные котловины имеют различное происхождение , как экзогенное , так и эндогенное .
Озера экзогенного происхождения распространены наиболее широко. На пространствах севера России они связаны с выпахивающей , т.е . экзарационной деятельностью последнего оледенения и во многих местах , особенно в карелии,имеют общую субмеридиональную ориентировку . Многие озера старичного , пойменного, дельтового типа связаны с деятельностью рек и распространены на обширных пространствах Западно- Сибирской низменности, Восточной Сибири и Северо- Востока России. Эти озера обладают небольшими размерами и часто имеют серповидную в плане
форму . Маленькие, но неглубокие озера связаны с карстовыми котловинами , иногда с провальными суффозионными воронками . В горных областях озера нередко возникают в связи с обвалами, перегораживающими речные долины. В областях развития криолитозоны многие озера имеют термокарстовое происхождение , а также связаны с любыми участками местного протаивания, в том числе вызванного техногенными причинами .
Эндогенные по происхождению озера связаны с молодыми грабенами или их системами в активных рифтовых зонах. В Восточной Африке расположена позднекайнозойская рифтовая зона , в отдельных грабенах которой находятся глубокие озера: Мверу, Ньяса, Рудольф , Танганьика и др. В России оз . Байкал приурочено к молодому, активному рифту , как и еще ряд озер в этом же районе .
Много небольших озер в вулканических областях , например, на Камчатке, где озера приурочены к кальдерам, к кратерам на вершинах потухших вулканов . Лавовые потоки играют нередко роль плотин, перегораживающих долины, а выше плотин возникают озера.
Крупные озера – моря типа Каспийского, Аральского , Виктории и Чад в Африке и других приурочены к тектоническим опусканиям в земной коре . В последней половине ХХ в. возникло много больших озер – водохранилищ на крупных реках, как в России, так и в зарубежных странах, которые существенно влияют на окружающую , в том числе и геологическую среду, изменяют климат целых регионов .
Достаточно привести в пример зарегулированную Волгу, Днепр , Енисей, Нил и многие другие реки . В России сейчас 2220 больших , средних и малых водохранилищ, с суммарным объемом 793 км3, что составляет 18,6% от стока всех рек России, а их общая площадь – 65 тыс . км2, а это 0,4% площади всей России.
Состав озерной воды.
Подавляющее большинство озер заполнено пресной водой – речной, родниковой, таящих льдов, снегов . Реже озера имеют соленую или солоноватую воду – Каспийское и Аральское озера- моря, Алаколь, Лобнор, Убсу- Нур в Джунгарии и Южном Алтае; Ван и Урмия на Кавказе; Мертвое море- озеро на Ближнем Востоке; Большое соленое озеро в США. Соленость озерной воды в Мертвом море достигает 310 г/ л , а в оз . Эльтон в Прикаспийской впадине 280 г/ л , т.е . это уже почти рассолы.. В Каспии соленость вод в среднем 12,85‰, но есть участки, где она составляет 0,2-0,3 ‰.
В озерной воде в зависимости от климатической зоны существенно меняется содержание биогенных веществ , щелочности, кислорода, температура поверхностных и глубинных вод , их циркуляция и другие параметры . Характер минерализации в озерах различный . Есть озера хлоридные , сульфатные, карбонатные . В связи в тем , что в озера впадают реки , то последние приносят в воды озер как механические , так и различные органические взвеси . В пресных мелководных озерах много гуминовых веществ , обусловленных широким развитием растительности . В зависимости от сезонов в озерах преобладают либо механические взвеси , обычно весной и осенью, либо органические , летом . В Байкале вода исключительно чистая и прозрачная . Это самое крупное хранилище пресной воды на планете, превышающее по своему объему (23 тыс . км3) объем вод всех Великих озер Северной Америки и содержащее 20% мировых запасов пресных вод . Надо отметить , что и возраст оз . Байкал один из древнейших на планете, т.к. озеро образовалось 25-30 млн . лет назад, но в нем не наблюдается признаков старения . Огромная масса рачков – эпишура способна за 1 год три раза профильтровать 50- метровый слой байкальской воды, в которой и так очень мало взвешенных и растворенных примесей, но много кислорода, т.к. вода холодная .
Минерализация байкальской воды составляет 94,4 мг/ л , тогда как в других озерах она превышает 200-300 мг/ л . Перемещение воды в озерах , если они не проточные , ограничено . Волновые
процессы, связанные с ветром , также не очень сильные , хотя волны в несколько метров на крупных озерах не редкость . Если ветер, да еще сильный , дует длительное время в одну сторону, то образуются нагонные волны или сейши , при этом на наветренной части озера его уровень повышается, а в другой части, наоборот наблюдается сгон воды. Какие- то движения характерны для верхних горизонтов водной массы в застойных озерах , тогда как нижние остаются неподвижными . В таких условиях они насыщаются сероводородом за счет разложения органических остатков .
Геологическая деятельность озер . Характеризуется как разрушительной работой, так и созидательной, т.е . накоплением осадочного материала.
Абразия берегов осуществляется только волнами и редко течениями . Естественно, что в крупных озерах с большим водным зеркалом разрушительное действие волн сильнее. Но если озеро древнее, то береговые линии уже определились , профиль равновесия достигнут и волны , накатываясь на неширокие пляжи , только переносят песок и гальку на небольшие расстояния . Если же озеро молодое, то абразия стремится срезать берега и достигнуть профиля равновесия . Поэтому озеро как бы расширяет свои границы . Подобное явление наблюдается в недавно созданных крупных водохранилищах, в которых волны срезают берега со скоростью 5-7 м в год . Как правило, озерные берега покрыты растительностью, что уменьшает волновое воздействие.
Осадконакопление в озерах осуществляется как за счет привноса обломочного материала реками, так и биогенным , а также хемогенным путями. Реки, впадающие в озера, как и временные водные потоки , несут с собой различный по размеру материал , который откладывается у берега , либо разносится по озеру, где взвесь выпадает в осадок .
Как правило, в озерных терригенных отложениях наблюдается очень тонкая слоистость , которая связана с сезонными колебаниями климата, т.к. весной привнос материала больше, чем зимой и он более грубый, а в горных озерах – летом , когда тают снега и ледники .
В крупных озерах , в устьях впадающих в них рек формируются небольшие дельты. Органогенное осадконакопление обусловлено обильной растительностью на мелководьях, хорошо прогреваемых Солнцем . Берега покрыты разнотравьем . А под водой растут водоросли. Зимой , после отмирания растительности она скапливается на дне, образуя слой , богатый органикой. В поверхностном слое воды развивается фитопланктон, цветение которого происходит летом . Осенью, когда водоросли, трава и фитопланктон.
Погружаются на дно , там образуется илистый слой , насыщенный органикой. Т. к. на дне в застойных озерах кислорода почти нет, то анаэробные бактерии превращают ил вжирную, желеобразую массу – сапропель, содержащую до 60-65% углерода , которую используют как удобрение или лечебную грязь. Сапропелевые слои имеют мощность в первые метры , хотя иногда достигают 30 и даже 40 м, как, например, в Переяславском озере на Русской равнине. Запасы ценного сапропеля огромны и только в Белоруссии составляют 3,73 млрд. м3, хотя там и происходит их усиленная добыча.
В некоторых озерах формируются невыдержанные слои известняков – ракушечников или диатомитов , образующихся из диатомовых водорослей , имеющих кремневый скелет .
Многие озера в наши дни подвергаются большой антропогенной нагрузке , что изменяет их гидрологический режим , уменьшает прозрачность вод , резко увеличивается содержание азота и фосфора . Поступление в озера этих биогенных веществ вызывает их эвтрофикацию и даже гиперэвтрофикацию . Техногенное влияние на озера заключается в сокращении площадей водосборов , перераспределением потоков грунтовых вод , использованием озерных вод как охладителей для электростанций , в том числе АЭС.
Хемогенные отложения особенно характерны для озер аридных зон , где вода интенсивно испаряется и поэтому происходит выпадение в осадок поваренной и калийной солей (NaCl), (KCl, MgCl 2), мирабилита (Na2 SO4 ·10H2 O), соды (Na2 CO3 · 10H 2 O), соединений бора , серы и других . В зависимости от наиболее характерных хемогенных осадков озера подразделяются на сульфатные, хлоридные , боратные. Последние характерны для Прикапийской низменности (Баскунчак, Эльтон, Индер). Сезонные климатические изменения выражаются в чередовании тонких слоев, т.к. выпадение солей интенсивнее происходит летом , чем зимой . Нередко в озерах накапливаются железистые и марганцевые конкреции , размером до первых сантиметров, которые иногда образуют сплошной слой , мощностью в первые метры . Такие железные руды в древности шли в разработку .
В настоящее время многие озера нуждаются в восстановлении , в частности, те , которые подверглись антропогенному эвтрофированию. Необходимо уменьшить приток в них биогенных веществ и продуктов эрозии .
Геологическая деятельность болот
Болото представляет собой аккумулятивные образования, характеризующиеся временным или постоянным, избыточным увлажнением , наличием влаголюбивой растительности и присутствием торфяных залежей . Влажные зоны теплого и умеренного климата – основные участки суши, где болотный процесс является ведущим , а общая площадь современных болот на земном шаре превышает 2 млн . км2 и торфяные залежи распространены на площади в 113 гектаров .
Для существования болота необходим высокий уровень стояния грунтовых вод , наличие впадин в рельефе поверхности Земли , достаточное количество осадков и отсутствие контраста их распределения по временам года и значительная биомасса влаголюбивой растительности .
Типы болот определяются условиями их формирования и положением в рельефе местности. Низинные болота характерны для понижений в рельефе и приурочены к плоским , иногда обширным низинам , окаймленным возвышенностями . В таких нининах водный сток обычно замедленный , питаются они либо за счеи поверхностных текучих вод , либо подземного стока при наличии неглубоко залегающего водоупора. В низинных болотах влаголюбивая растительность обладает большой массой и представлена осокой , тростником, различными мхами , кустарниками . Нередко озера, постепенно зарастающие , превращаются в болота низинного типа .
Верховые болота имеют меньшие размеры , чем низинные и располагаются во впадинах на возвышенных участках рельефа. Питаются верховые болота за счет атмосферных осадков, т.к. на водоразделах уровень грунтовых вод залегает глубоко и необходим близповерхностный слой водоупорных пород , чтобы задерживать влагу. В верховых болотах, бедных минеральными солями, распространен белый сфагновый мох , а также различные кустарники и древесная растительность , т.к. верховые болота быстро зарастают.
Переходный тип болот характеризуется питанием как за счет подземных вод , так и атмосферных осадков и в таких болотах развита растительность , не требующая большого количества минеральных веществ .
Болота приморских низин занимают обширные пространства побережий во влажных субтропиках и тропиках , где развиваются особые типы древесной растительности , корни которой расходятся от ствола еще над водой и погружены ниже уровня болота в виде растопыренных «пальцев». Особенно характерны тропические болота с мангровыми деревьями, имеющими ходульные и дыхательные корни ( пневматофоры). Такие мангровые заросли на илистых приморских низинах периодически затопляются водами океанов во время приливов. Мангровые болота распространены в Южной Азии, Восточной Африке, в Австралии и на островах Тихого океана .
Происхождение болот и отложения .
Крупные болотные районы с интенсивным накоплением торфа приурочены к обширным пространствам в Западно- Сибирской низменности, на севере Восточно-Европейской равнины , в Прибалтике. Горизонтальная климатическая зональность, радиационный баланс , количество атмосферных осадков обеспечивают высокую степень увлажненности и замедленный , почти до полного его прекращения , сток в условиях очень слабо расчлененного рельефа. Возникают торфяно - болотные ассоциации , как, например, в Мещёре, Припятском Полесье, на Обь- Иртышском междуречье в Западной Сибири.
Существование болот зависит от ежегодного прироста биомассы и, одновременно, процесса опада – отмирания растений . Когда прирост биомассы и величина опада сравняются , за этим наступает период деградации биомассы и болота в целом . В речных долинах , где развиты многочисленные меандры и старицы , скорость стока вод замедляется настолько, что в илистом грунте начинают укореняться ростки водных растений , которые , в свою очередь, еще более замедляют и так невысокую скорость течения, и начинается зарастание дна. Река уже не дренирует пойму , в ней возникает избыточное увлажнение и рост специфической болотной растительности .
Образуется пойменное болото, обычно развивающееся там , где преобладает аккумулятивная деятельность поверхностных вод . Нередко болота образуются при зарастании озер , которое происходит от берегов к середине . Осенью водные растения отмирают, падают на дно и формируют слой растительного ила, который постепенно превращается в торф. Наконец, озеро полностью зарастает и превращается в озерное болото . Иногда, на сравнительно глубоких озерах , водная поверхность покрывается, как одеялом , слоем растений и мхов, называемым зыбуном или сплавиной, ниже которого находится чистая вода , а на дне скапливается торф. Такой слоистый « пирог» постепенно лишается чистой воды в середине и сплавина смыкается с донной торфяной залежью .
Среди болотных отложений наибольшее значение имеет торф, образующийся в результате накопления отмершей болотной растительности – различных трав , мхов, кустарников и деревьев . Погрузившаяся в воду растительность , постепенно образует слой в несколько метров , в котором , при недостатке кислорода происходит неполное разложение остатков растительности с помощью микроорганизмов, формирование гумусов – темного аморфного органического вещества и увеличение содержания углерода до 55-60%. Следовательно, торф – это полуразложившиеся растительные остатки бурого цвета. Различные виды торфа связаны с преобладающим типом болотной растительности – осоковой , тростниковой , древесной, сфагновой ( моховой ) и др. Для образования торфа необходима избыточная увлажненность, замедленный водообмен , низкая степень аэрации, формирование особой геохимической среды . В торфе содержится не более 50% минеральных компонентов в пересчете на сухое вещество .
Районы с интенсивным торфонакоплением приурочены к зоне умеренного климата в Северном полушарии и в бассейне Конго в Центральной Африке. Торф используется как топливо , хотя и невысокого качества из - за большой зольности. Под Москвой уже почти 100 лет работает Шатурская ТЭС , потребляющая торф из обширных болот, где мощность торфа превышает 10 метров . Второе. По важности, применение торфа – удобрение в
сельском хозяйстве. Из торфа получают также теплоизоляционный материал , деготь , парафин , воск и др. Мировые запасы торфа превышают 500 млрд. т, из них на Россию приходится около 190 млрд. тонн.
К довольно типичным болотным отложениям относятся дерновые железные руды, формирование которых связано с привносом железистых соединений грунтовыми водами. Источником железа являются моренные отложения четвертичных оледенений . Болотные руды связаны, в основном, в низинными болотами, куда поступает железо с водосборов , где оно входит в состав кор выветривания , или ледниковых морен. Железистый сток в гумидной зоне , где образуются болота , связавн с уменьшением поступления в воду силикатных компонентов , а перестройка всей геохимической системы ведет к увеличению подвижности железа и его концентрации до сотни миллиграммов на литр , что отвечает уже уровню настоящих рудоносных растворов. Для того , чтобы начали формироваться железные руды необходимы особые условия рельефа в виде заливов, затонов и других ловушек с ослабленной динамической деятельностью водных масс . Болотные железные руды состоят чаще всего из сидерита – FeCO3 , обладающего гороховой структурой .
Говоря о болотных отложениях нельзя не упомянуть об углеобразовании. Пласты торфа погружаясь , при отрицательных движениях земной коры подвергаются давлению вышележащей толщи пород и воздействию повышающейся с глубиной температуры , в связи с чем торф претерпевает изменения, проходя через несколько стадий .
Буроугольная стадия изменения торфа заключается в обогащении его углеродом и в сильном превращении остатков растительности . Так образуется бурый уголь, сравнительно рыхлое вещество , в котором появляются более сложные гумусовые кислоты , отсутствующие в торфе .
В дальнейшем, под влиянием более высоких температур и давлений , количество углерода возрастает и на новой стадии бурые угли переходят в каменные, которые сильно отличаются от бурых . Это твердая, плотная порода .
При дальнейшем изменении каменные угли на антрацитовой стадии переходят в наиболее углефицированные породы, состоящие почти из чистого углерода . Антрацит – порода черного цвета, иногда с золотистым оттенком , однородная , плотная, блестящая.
Антрацит представляет собой каменный уголь. Подвергнутый сильному метаморфизму. От неизмененной древесины к антрациту закономерно возрастает содержание углерода и уменьшается водорода , кислорода и азота.