РЕЛЬЕФ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Наука, которая занимается изучением рельефа земной поверхности, его происхождением и развитием, называется геоморфологией.

Рельеф — это совокупность всех форм земной поверхности — возвышений, равнин и углублений. Эти «неровности» на поверхности Земли весьма динамичны, находятся в состоянии непрерывного изменения и превращения. В процессе этих изменений уничтожаются старые и возникают новые формы рельефа. Все это происходит в результате воздействия на земную поверхность сил, возникающих при проявлении эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов на Земле.

Рельеф имеет серьезное значение для перераспределения тепла и влаги, поверхностных и грунтовых вод, отложений рыхлых наносов, для передвижения воздушных масс. Рельеф играет значительную геологическую роль, например в проявлении выветривания, плоскостного смыва, эрозии и т. д. Он оказывает большое влияние на размещение, характер и устойчивость промышленных и гражданских зданий и сооружений, не говоря уже о трассировании дорог, прокладке оросительных и судоходных каналов, строительстве плотин, гидростанций и т. п. Чтобы правильно оценить влияние рельефа на строительные объекты, инженер-строитель должен знать основные положения науки о рельефе — геоморфологии.

Происхождение форм рельефа. По своему происхождению формы рельефа подразделяют в зависимости от преобладающего фактора — силы, вызвавшей образование данной формы. Прежде всего их делят на две большие группы:

  • • формы рельефа, обусловленные деятельностью эндогенных сил, т. е. тектоникой земной коры;
  • • формы рельефа, обусловленные деятельностью экзогенных сил на поверхности земли.

Первая группа форм рельефа связана с движениями земной коры (колебательными, горообразующими). Эти формы называют тектоническими.

Вторая группа связана с процессами выветривания, текучими водами, ветром, деятельностью живых организмов, в том числе и человека. Эти формы разделяют на эрозионные, например вызванные деятельностью текучих вод, и аккумулятивные, например накопление наносов в реках. Среди второй группы выделяют формы: речные (аллювиальные), ветровые (эоловые), ледниковые и т. д. В геоморфологии различают элементы и формы рельефа.

Элементы рельефа. К элементам рельефа относят поверхности, линии и точки, составляющие формы рельефа.

Поверхности образуют форму рельефа. Они могут быть горизонтальными, наклонными, выпуклыми, вогнутыми и сложными. Линии являются результатом пересечения поверхностей. Различают линии водораздельную, водосливную, подошвенную, бровку. Водораздельная линия разделяет поверхностный сток двух противоположных склонов. Водосливная является результатом пересечения двух поверхностей — склонов и проходит по дну долин, балок, оврагов и т. д. Подошвенная ограничивает основания склонов различных форм рельефа; бровка — это линия, по которой происходит резкий перегиб склона, т. е. резкая смена его крутизны.

К характерным точкам рельефа относят вершинные (наибольшая высота на данном участке местности), перевальные (дно понижений гребней хребтов), устьевые (устья рек) и донные (наиболее низкая точка понижений рельефа).

Формы рельефа. Образованы из различных сочетаний элементов рельефа. Различают две группы: положительные — выпуклые по отношению к плоскости горизонта, и отрицательные — вогнутые. Самыми крупными являются тектонические формы рельефа (горные хребты, равнины, морские понижения, т. е. все, что образует основной и постоянный облик рельефа земной поверхности). Эрозионные (речные долины, овраги и пр.) и аккумулятивные (речные террасы, дюны, барханы и т. д.) формы имеют значительно меньшие размеры и непостоянны во времени.

Особо следует отметить формы рельефа, которые получили наименование «антропогенных». Эти формы создаются в результате деятельности человека — сельскохозяйственной, горнодобывающей и строительной. В процессе строительных работ постоянно возникают и исчезают мелкие и средние формы рельефа (котловины, курганы, овраги и др.). На картах антропогенные формы обозначают условными знаками функционального назначения (канал, шахта и др.), а наиболее крупные формы, например шахтные терриконы, — горизонталями.

К положительным формам рельефа относят:

  • материк — планетарное образование;
  • нагорье — обширная возвышенность, состоящая из системы горных хребтов и вершин (например, Памир);
  • горный кряж — невысокий горный хребет с пологими склонами с плоской вершиной (например, Донецкий кряж);
  • горный хребет — вытянутая возвышенность с относительной высотой более 200 м с крутыми, нередко скалистыми склонами;
  • гора — изолированная возвышенность с крутыми склонами; относительная высота более 200 м;
  • плоскогорье — нагорная равнина, обширная по площади, с плоскими вершинными поверхностями, хорошо выраженными склонами;
  • плато — приподнятая равнина, ограниченная хорошо выраженными, нередко обрывистыми склонами;
  • гряда — узкая вытянутая возвышенность с крутизной склонов более 20° и плоскими вершинами;
  • увал — вытянутая возвышенность значительной длины с пологими склонами и плоскими вершинными поверхностями;
  • холм — обособленная куполообразная или коническая возвышенность с пологими склонами; относительная высота менее 200 м;
  • курган — искусственный холм;
  • бугор — изолированная куполообразная возвышенность с резко выраженной подошвенной линией; крутизна склонов не превышает 25°, вершины обычно плоские;
  • конус выноса — невысокая возвышенность, располагающаяся в устье русла водотоков и имеющая вид усеченного конуса со слабо выпуклыми пологими склонами.

Отрицательными формами являются:

  • океаническая впадина — планетарное образование;
  • котловина — понижение значительной глубины с крутыми склонами; неглубокие понижения с пологими склонами называют впадиной;
  • долина — вытянутое углубление, имеющее уклон в одном направлении, со склонами различной крутизны и формы (террасы, оползни, промоины и др.);
  • балка — вытянутое углубление значительной длины; с трех сторон имеет пологие задернованные или покрытые растительностью склоны;
  • овраг — вытянутое углубление с крутыми и местами отвесными обнаженными склонами; глубина и длина оврагов различны;
  • промоина — небольшое вытянутое мелкое углубление, имеющее с трех сторон крутые, незадернованные склоны;
  • лощина, или ложбина стока — вытянутое углубление с пологими склонами, покрытыми растительностью; глубина не превышает нескольких метров.

Размеры форм рельефа. По своим размерам формы рельефа могут быть весьма разнообразны — от нескольких сантиметров до десятков и сотен тысяч квадратных километров. Размеры форм рельефа могут существенно влиять на условия строительства, а также указывать на наличие тех или иных природных геологических явлений и инженерно-геологических процессов.

По своей величине формы рельефа делят на семь основных групп: мельчайшие, очень мелкие, мелкие, средние, крупные, крупнейшие и величайшие.

Мельчайшие формы рельефа размером до нескольких сантиметров по высоте и имеющие площадь в несколько квадратных сантиметров (песчаная рябь, борозды на полях и т. п.) обычно не имеют существенного значения для строительства. На топографические карты мельчайшие формы рельефа не наносят.

Очень мелкие формы рельефа, высота которых измеряется несколькими дециметрами, редко 1—2 м, наносят на карты крупного масштаба условными знаками. Это кочки, рытвины, мелкие промоины, которые указывают на значительную активность плоскостной и струйчатой эрозии, что необходимо иметь в виду при планировке поверхности на строительных площадках.

Мелкие формы рельефа, которые называют обычно микрорельефом, занимают сравнительно небольшие участки в несколько квадратных метров, реже в несколько десятков и иногда сотен квадратных метров, высота их не более нескольких метров. Эти формы рельефа проецируют на карты масштабов 1:10 000, 1:5000 и крупнее.

Изучение микрорельефа дает богатую информацию о природной обстановке и об инженерно-геологических условиях данной строительной площадки.

Средние формы рельефа, или мезорельеф, характеризуются значительным протяжением, до нескольких десятков километров, и измеряются сотнями, тысячами, реже сотнями тысяч квадратных метров в плане, при глубине расчленения до 200 м. Положительный мезорельеф — это холмы, бугры, курганы, гребни, уступы, террасы в долинах рек и озер, гряды невысоких возвышенностей. Отрицательный — короткие и неглубокие овраги, балки, большие карстовые воронки, ложбины и т. п. Этот рельеф хорошо изображается на картах масштаба 1:50 000 и дает возможность оценить природные и инженерно-геологические условия целых поселков и микрорайонов на предварительных стадиях проектирования.

Крупные формы рельефа, или макрорельеф, характеризуются десятками, сотнями и реже тысячами квадратных километров в плане и расчленением по глубине на 200—2000 м. Такой рельеф изображается на картах 1:100 000 и 1:1 000 000. Положительные его формы—это горные хребты, отдельные горы, горные массивы и т. д., а отрицательные — большие долины, озерные впадины крупных водоемов типа Ладожского и Онежского озер. Такой рельеф помогает дать инженерно-геологическую оценку крупных территорий при планировании размещения строительных объектов.

Крупнейшие формы рельефа, или мегарельеф, занимают площади в десятки и сотни тысяч квадратных километров, причем разница в отметках между положительными и отрицательными формами может достигать 500—4000 м. Эти формы отображают на картах масштаба 1:10 000 000, к ним можно отнести, например, Приволжскую возвышенность и Бразильскую котловину.

Величайшие (планетарные) формы рельефа измеряются миллионами квадратных километров, разница в отметках уровней отрицательного и положительного достигает 2500—6500 м, а максимальная — 20 000 м.

Формы рельефа отображаются на топографических картах, масштаб которых весьма различен (от 1:2000 до 1:10 000 000), что связано с задачами, которые стоят перед строителями объектов. На картах крупные формы рельефа отражаются горизонталями, а мелкие — условными знаками.

При решении задач строительства необходимо особое внимание уделять динамике земной поверхности, т. е. оценивать существующие формы рельефа в их развитии. Следует помнить, что отдельные формы рельефа в определенные отрезки времени могут быть стабильными, т. е. находиться в состоянии динамического равновесия, но это равновесие временное и может нарушаться в силу природных воздействий или строительных работ по возведению и эксплуатации зданий и сооружений.

Типы рельефа. Формы рельефа на каждой территории встречаются в определенных сочетаниях, что придает ей своеобразный облик. Если они повторяются на местности и находятся в закономерных связях друг с другом и окружающей средой, то мы имеем не отдельные формы рельефа, а их комплексы или типы, т. е. определенные сочетания форм рельефа, закономерно повторяющихся на обширных пространствах поверхности земной коры, имеющих сходные происхождение, геологическое строение и историю развития.

Ниже рассматриваются три основных типа рельефа: равнинный, холмистый и горный.

Равнина — это тип рельефа, который отличается малыми колебаниями высот, не выходящих за пределы 200 м (рис. 48). Равнины подразделяют:

  • • по отношению к уровню моря — отрицательные (депрессии, впадины), лежащие ниже уровня моря; низменные, в пределах от 0 до 200 м над уровнем моря; возвышенные с отметками от 200 до 500 м; нагорные, имеющие отметки поверхности свыше 500 м;
  • • по общей форме поверхности — горизонтальные, наклонные, вогнутые и выпуклые;
  • • по глубине, степени и типу расчленения — плоские, нерасчле-ненные или слаборасчлененные (уклон 0,005%); мелкорасчлененные (уклон от 5 до 25 м на 2 км протяжения); глубокорасчлененные (уклон от 20 м до 200 м на 2 км протяженности);
  • • по происхождению — структурные, аккумулятивные, скульптурные.

Структурные равнины — это поверхности, обусловленные геологическим строением. Например, лава, изливаясь из вулканов, заполняет неровности рельефа, захватывает большие площади и, застывая, образует ровные поверхности, которые называют столовыми равнинами. Так, пластовые интрузии и покровы сибирских траппов образовали, например, Средне-Сибирскую столовую равнину.

Равнинный рельеф

Рис. 48. Равнинный рельеф

Аккумулятивными равнинами называют пространства, образовавшиеся в результате накопления материала в море или на суше. Среди них выделяют аллювиальные, образовавшиеся в результате накопления отложений в речных потоках. Они имеют сложный микрорельеф, представленный старицами и прирусловыми валами в пойме, плесами и перекатами в русле реки, озерами и болотами. Учет этих форм рельефа позволит полнее оценить инженерно-геологическую обстановку на данной конкретной территории и выбрать более эффективные меры борьбы, например против речной эрозии.

Предгорные наклонные равнины образуются в результате аккумуляции материала конусов выноса, аллювия, пролювия, делювия, флювиогляциальных отложений. По генезису распространенных отложений предгорные равнины могут быть весьма сложными. Такое же строение и состав отложений имеют и межгорные равнины (котловины), но в них гораздо большую роль играют озерные накопления.

Кроме этих равнин выделяют еще морские аккумулятивные равнины, представляющие в пределах суши участки морского дна, поднявшегося над уровнем моря (Прикаспийская низменность), ледниковые моренные равнины, образовавшиеся в результате деятельности ледников; отличаются весьма сложным, холмистым рельефом (друмлины, озы, камы), сложены моренными и флю-виогляциальными отложениями, кроме того, последние слагают зандровые равнины, которые напоминают обширные конуса выносов и постепенно переходят в аллювиальные равнины.

Особо следует упомянуть об аккумулятивно-лессовых равнинах, которые имеют широкое распространение на юге европейской части России. Они образовались за счет накопления пыли, привнесенной из пустынь, в результате чего возникли мощные толщи лесса с идеально ровной поверхностью. Для этих равнин характерны такие формы микрорельефа, как «блюдца», «западины», «просадочные трещины», свидетельствующие о наличии проса-дочных явлений, позволяющих в ряде случаев судить об интенсивности этого процесса.

Скульптурные равнины возникают в результате разрушения горных пород рельефообразующими агентами. В настоящее время выделяют абразионную и денудационную равнины.

Абразионная равнина образуется в результате разрушения побережья морскими волнами и представляет собой поверхность в коренных породах, прикрытую тонким слоем новейших морских осадков. Денудационная равнина — это участок суши с близко залегающими к поверхности или имеющими выход на дневную повер-

хность коренными породами. Такие равнины есть в Казахстане, Северной Америке, Финляндии и других местах земного шара.

Равнины — наиболее удобные территории для расселения, где человек активно занимается инженерно-строительной деятельностью.

Холмистый рельеф представляет собой поверхность земли, на которой часто чередуются возвышенности (холмы) с высотами не более 200 м и понижения в виде ложбин и котловин. Холмистый рельеф нередко занимает большие площади и представляет собой переходный тип рельефа между равнинным и горным.

Горный рельеф представляет собой крупные с относительной высотой более 200 м возвышенности (горы, хребты) и понижения (долины, впадины, котловины) (рис. 49).

По происхождению горы принято делить на тектонические, вулканические и эрозионные.

Тектонические — это такие горы, которые образуются в результате сложных тектонических нарушений земной коры (образование складок, надвигов и различного рода разломов).

Вулканические горы возникают в результате проявления вулканических процессов. Они распространены менее широко, чем тектонические, и приурочены к определенным частям земного шара. Большое количество вулканических гор поднимается над дном океанов.

Эрозионные горы образовались в результате глубокого эрозионного расчленения древних аккумулятивных равнин из-за поднятия

Горный рельеф

Рис. 49. Горный рельеф

их над базисом эрозии. Обычно такое поднятие сопровождается разрывными дислокациями земной коры, происходит опускание или подъем отдельных участков благодаря разломам, что сближает эрозионные горы с тектоническими глыбовыми горами.

Высота гор в значительной степени отражается в характере рельефа, поэтому при классификации гор используют еще высотный признак. По высоте горы делят на высокие, средневысотные и низкие.

Высокие горы имеют абсолютные отметки более 2000 м с относительным превышением в 1000 м на 2 км протяженности по линиям, перпендикулярным к направлению речных долин. Для этих гор характерны такие природные геологические явления, как сели, снежные лавины, обвалы.

Средневысотные горы имеют абсолютные отметки от 700 до 2000 м и глубину относительного вреза 500—700 м на 2 км протяженности. Эти горы имеют широкое распространение в Сибири и на Дальнем Востоке. Для них характерны осыпи и курумы, а в пустынях — эоловые формы выдувания.

Низкие горы имеют абсолютные отметки до 700—800 м и глубину расчленения от 150 до 450 м на 2 км протяженности, склоны обычно пологие.

Геоморфология и инженерная геология. Изложение основных представлений из геоморфологии и изучение динамики земли убеждает в том, что для правильного решения инженерно-геологических задач необходимо проводить почти полный цикл геоморфологических исследований, особенно динамики экзогенных сил. Так, в настоящее время для инженерного проектирования совершенно недостаточно обоснования выбора места для строительства объекта с точки зрения механики грунтов и общей оценки геологического строения местности. Поэтому возникает вопрос о создании новой отрасли знаний на стыке инженерной геологии и геоморфологии — инженерной геоморфологии.

Эта наука должна будет заниматься исследованием и оценкой рельефообразующих процессов и форм рельефа для поиска оптимального варианта размещения инженерно-строительных сооружений, обеспечения их рациональной и эффективной эксплуатации и защиты от разрушительных стихийных процессов.

Основной задачей инженерной геоморфологии является изучение состояния динамического равновесия рельефа, выявление степени его устойчивости и прогнозирование изменений форм его в результате строительства. Такие прогнозы необходимы не только для выбора оптимального варианта размещения объекта, но и для гарантии его безаварийной службы.

В период проектирования зданий и сооружений инженер-строитель должен четко представлять задачи, которые следует решать геоморфологически:

  • • определять пригодность данного рельефа как такового, так и в динамике его изменения для строительства;
  • • устанавливать форму и тип рельефа;
  • • определять происхождение рельефа в целях выяснения его устойчивости во времени;
  • • определять возможную скорость изменения форм рельефа на строительной территории, т. е. составлять прогноз на будущее, на период эксплуатации объекта (например, скорость размыва берега и дна реки, рост оврагов и т. д.);
  • • устанавливать, как динамика рельефа может повлиять на устойчивость объекта и возможности его бесперебойного функционирования.
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >