Геологическая деятельность озер кратко

Обновлено: 05.07.2024

Озера – это водоемы, не имеющие прямой связи с системой Мирового океана. Они распространены на равнинных и горных территориях, во влажных и засушливых, холодных и жарких условиях. В целом они занимают около 2% площади суши. Размеры, морфология и происхождения озер разнообразны. Крупнейшими озерами, не считая Каспийского реликтового озера, являются оз. Верхнее в Сев. Америке (площадь 82,4 тыс. км2), оз. Виктория в Африке (68 тыс. км2), оз. Аральское в Азии (51 тыс. км2). Много озер в Финляндии - их площадь составляет 60 тыс. км2, при площади страны 337 тыс. км2. Площадь Великих озер в Северной Америке достигает 245 тыс. км2.

Озера располагаются на разных гипсометрических отметках: в Андах оз. Титикака площадью 8 тыс. км2 находится на высоте 3812 м над уровнем моря; на Аравийском полуострове Мертвое море находится на отметке 395 м ниже уровня Мирового океана. Самым глубоким (1741 м) озером – крупнейшим хранилищем пресной воды объемом 23 тыс. км3, что составляет пятую часть мировых запасов пресной воды – является озеро Байкал.

В образовании озер принимают участие эндогенные и экзогенные геологические процессы, а также деятельность человека. Генетическая классификация озерных впадин приведена в табл. 1.3.

Генетическая классификация озерных котловин

Кратерный, кальдерный, фумарольный, гейзерный, лавово-плотинный, лахароплотинный

Провально-гравитационный, провально-карстовый, провально-суффозионный, обвально-плотинный

Русловый, пойменный старинный, дельтовый

Экзарационный, карровый, термокарстовый, гляциально-плотинный

Известны озера, представляющие собой фрагменты древних морей. Такими являются Каспийское озеро-море, а также Ладожское и Онежское озера. Многие образовались в результате заполнения глубоких блоковых тектонических впадин — грабенов (от нем. graben — ров). Классическими примерами озер такого типа служат великие озера Африки, приуроченные к грабенам Восточно-Африканского рифта, а в России — озеро Байкал. Наряду с ними существуют озера, котловины которых образовались не благодаря глубоким расколам, а в результате плавных прогибов. К таковым относится огромное озеро Виктория, заполнившее прогиб между двумя ветвями Восточно-Африканского рифта. В областях распространения материковых оледенений четвертичного периода широко распространены озера-старицы на поймах и в дельтах рек.

В районах близкого расположения к дневной поверхности известняков, гипсов и соленосных пород имеются многочисленные озера, приуроченные к карстовым воронкам и провалам, образовавшимся в результате частичного растворения указанных пород – например, известные северо-американские озера Мичиган, Гурон, Эри, Онтарио и Верхнее. На территории многолетней мерзлоты распространены термокарстовые озера, локализованные в просадках местами протаявших грунтов, а в областях залегания лессов и лессовидных отложений - мелкие озера, образовавшиеся в просадках пористого лесса.

Имеются озера, заполнившие разрушенные трубки взрыва и кратеры потухших вулканов (маары). Такие озера существуют на Камчатке, в Рейнской области (Германия), на Центрально-Французском вулканическом массиве, в Восточной Африке и др. В горных странах встречаются озера, возникшие в результате обвалов, запрудивших межгорные долины. Примером может служить крупное Сарезское озеро на Памире, образовавшееся в 1911 г. в результате возникновения завала высотой 750 м при обвале свыше 2 млрд м3 пород, вызванном землетрясением.

По химическому составу воды озер в самом первом приближении можно разделить на пресные и соленые. Состав воды пресных озер обусловлен поступлением атмосферных и речных вод. В них концентрация солей невелика, а среди растворенных солей преобладают бикарбонаты кальция, содержание которых увеличивается по мере аридизации климата.

Соленые воды крупных озер (типа Каспийского и Аральского) являются реликтовыми морскими. В условиях засушливого климата по причине интенсивного испарения повышается концентрация солей, что приводит к образованию мелководных соленых озер, ярким примером которых могут служить озера Эльтон и Баскунчак, расположенные в низовьях Волги, Великое Соленое озеро в полупустынях Дальнего Запада США, озеро Эйр в пустынной Центральной равнине Австралии. В то же время соленые озера существуют и в холодных гумидных областях, в местах близкого расположения соленосных отложений (например, озеро Соленое близ города Сольвычегодска, находящееся в области распространения соленосных пермо-триасовых отложений) или на участках разгрузки соленосных подземных вод (например, Кулойские озера в бассейне реки Пинеги).

В составе солей доминируют хлориды натрия, магния, кальция и сульфаты натрия и магния. Наиболее часто встречаются соленые озера, с преобладанием хлоридов натрия и примесью других солей, либо горько-соленые, с преобладанием сульфатов натрия и хлоридов кальция. Значительно реже встречаются содовые озера, содержащие бикарбонат и карбонат натрия. Таким составом обладают многие озера Кулундинской и Барабинской степей Западной Сибири. Некоторые содовые озера обязаны своим составом влиянию поствулканических процессов, например, озеро Магади в Кении, из которого добывается самосадочная сода (трона).

Большой интерес представляют соленые озера, в которых среди растворимых соединений присутствуют соли борной кислоты. Такие озера приурочены к резко аридным областям и известны в Иране, Тибете, в полупустынных районах США (штаты Калифорния, Орегон и Невада), в пустыне Атакама в Чили и других вулканических пустынях Южной Америки. Крупное борное озеро Индер находится в Прикаспийской низменности.

По характеру движения вод озера делятся на проточные и застойные. Проточные озера чаще всего располагаются в долинах крупных рек, и приток чистых вод в них происходит постоянно. Кроме постоянных течений в озерах из-за неравномерного нагревания воды возникают временные перемещения масс воды под влиянием ветра и изменений атмосферного давления. Высота волны небольшая, в самых крупных озерах она может достигать 5-15 метров. Движутся, как правило, верхние слои, а нижняя толща остается неподвижной. Образующиеся при сильном ветре или при изменении атмосферного давления поверхностные волны определенного направления – при сгоне воды от одного берега к другому - называются сейшами. Во время действия сейш один берег постоянно осушается, а другой заливается. При движении воды к берегу происходит его разрушение. Процесс разрушения берега водой называется лимноабразией. Например, разрушение волнами берегов Цымлянского водохранилища достигло 50 м (местами 120 м) за 5 лет.

В застойных озерах перемещение воды происходит только в верхних слоях, придонные воды остаются неподвижными, в связи с чем за счет интенсивного разложения органического вещества в придонных частях возникают сероводород, углекислый газ, метан и др.

Геологическая деятельность озер выражается в размыве водой берегов и дна, перераспределении материала внутри озера и накоплении осадков на дне и склонах озерных котловин – аккумуляции.

Обломочный материал, поступающий в озера с постоянными и временными водотоками, а также благодаря другим геологическим процессам, постепенно подвергается сортировке по крупности обломков: более крупный осаждается на дно вблизи берегов, а мелкий разносится волнами и течениями по водоему, и только затем постепенно оседает на дно, при этом смешиваясь с органогенным и хемогенным материалом.

Осадконакопление в озерах происходит по всей акватории озера, скорость его зависит от размерности и количества поступившего материала. В озерах накапливаются следующие типы отложений:

1) песчано-глинистые отложения, образующиеся за счет разрушения берегов озер и приноса мелкообломочного материала реками;

2) биогенные осадки, накапливающиеся путем осаждения продуктов отмирания животных и растительных организмов;

3) минеральные образования, возникающие в результате химических и физико-химических процессов.

Особенностью песчано-глинистых отложений озер является тонкое переслаивание песчаных и глинистых слоев, осадившихся в разные сезоны года в связи с изменением скорости воды, стекающей в озерные котловины.

Среди биогенных осадков следует отметить скопления кремнистых (опаловых) панцирей одноклеточных диатомовых водорослей, образующих диатомовые илы. Ареал распространения диатомовых водорослей очень широкий, поэтому диатомовые илы встречаются в озерах как холодных гумидных ландшафтов (озера Кольского полуострова), так и в более теплых условиях (озеро Севан в Армении), а также в тропических странах (озеро Танганьика в Африке). Характерным биогенным осадком небольших озер гумидных областей является сапропель (от греч. sapros — гнилой, pelos — глина, грязь). Он представляет собой органический ил, в значительной мере состоящий из останков одноклеточных зеленых и сине-зеленых водорослей, которые разлагаются на дне без доступа кислорода. Иногда здесь образуются черные аморфные скопления сульфида железа — минерала гидротроилита.

Среди осадков, образующихся на дне в результате химических и физико-химических процессов (хемогенные осадки), для пресноводных озер холодного и умеренного климата характерно образование конкреций, состоящих из минералов гидроксидов железа. В гумидных тропических ландшафтах к ним часто добавляются конкреции из минералов гидроксидов алюминия. В озерах, имеющих подток подземных вод гидрокарбонатного состава, накапливаются глинисто-карбонатные отложения так называемого болотного мергеля. В несоленых озерах аридных территорий — в степных, сухостепных и полупустынных ландшафтах — повсеместно происходит осаждение мелкокристаллического кальцита, цементирующего обломочные частицы или образующего крупные конкреции. В соленых озерах при высокой концентрации растворимых веществ, близкой к насыщенным растворам, происходит кристаллизация соответствующих солей, а в условиях жаркого аридного климата, где испарение велико осаждаются поваренная соль (NaCl), сода (Na2CO3 ∙ H2O), калийная соль (KCl) и мирабилит (Na2SO4 ∙ 10H2O). В зависимости от состава хемогенных осадков озера подразделяются на карбонатные, сульфатные, хлоридные, хлоридно-магниевые и т.д.

По составу вод и геологической деятельности крупным озерам аналогичны водохранилища. Они располагаются в речных долинах и имеют различные объемы. Самое большое водохранилище по площади – вдхр. Вольта в Западной Африке площадью 8480 км2, а самое вместительное вдхр. Кариба на р. Замбези объемом 175 км3. Водохранилища существенным образом влияют на течение естественного руслового процесса в долинах зарегулированных рек. В пределах самого водохранилища возрастает осаждение твердого стока, а зона аккумуляции в самой реке перемещается вверх по течению. Например, в Новосибирском водохранилище накапливается более четверти годового стока р. Оби, а зона аккумуляции в самой реке переместилась вверх по течению за 40 лет на 400 км. В состав донных отложений водохранилищ входят: органическое вещество и органические илы; речные наносы (твердый сток); продукты разрушения берегов и мелководий и конусов выноса; эоловый материал.

Болота — это ландшафты с избыточным увлажнением, специфической влаголюбивой растительностью и процессом образования торфа. Хотя болота содержат от 90 до 97% воды и всего несколько процентов сухого органического вещества, они не могут рассматриваться как водоемы, так как преобладающая часть воды связана органическим веществом торфа и растительностью. Болота на Земле занимают около 2 млн км2 суши. Болот много в Польше, Прибалтике, в Европейской части России, в Сибири, в Белоруссии, в Украине и др. Существуют два основных пути образования болот — зарастание озер и заболачивание суши. Эти процессы могут развиваться на разных элементах рельефа, но для образования значительных аккумуляций торфа необходимы определенные климатические и гидрохимические условия.

Болота разнообразны; в первом приближении их можно разделить на две большие группы континентальных и приморских болот. Среди континентальных болот выделяют низинные, верховые и переходные.

Низинные болота, как следует из их названия, приурочены к отрицательным элементам рельефа (рис. 1.25). Произрастающим на них растениям требуется большое количество минеральных веществ, которые в растворенном состоянии поступают за счет их выноса с положительных элементов рельефа либо из грунтовых вод, уровень которых в низинах расположен близко к поверхности. Растительность низинных болот представлена осоками и тростниками в травяных болотах, гипновыми мхами и ягодными кустарниками в моховых болотах. Из деревьев может присутствовать черная ольха. Многие низинные болота образовались в результате зарастания мелких озер. Особенно характерно зарастание старичных озер на поймах.

Рис. 1.25. Низинное болото

Геологическая деятельность болот состоит в основном из аккумулятивной деятельности – образовании торфа. Торф — скопление слабо разложившихся остатков болотных растений — мхов, трав, кустарников, отчасти деревьев. В нормальном состоянии торф содержит до 90% воды, содержание минеральных частиц может колебаться от 2 до 20% к сухой массе торфа. Торф болот различается по количеству зольного остатка. Больше всего золы дает низинный торф (8–20%), меньше – переходный (4–6%) и меньше всего - верховой торф (2–4%). Благодаря тому, что растительные остатки насыщены водой, их преобразование протекает в условиях дефицита кислорода. При этом происходит сложная трансформация органических соединений, в результате которой исходные органические вещества обогащаются углеродом. Трансформационные процессы в значительной мере обусловлены микробиологической деятельностью. Условия, подавляющие деятельность микроорганизмов, равно как условия, способствующие быстрому разрушению растительных остатков, препятствуют образованию торфа и его накоплению. Мощные торфяники, образующиеся в болотах лесной зоны бореального и умеренного климата, одинаково нехарактерны для полярной и тундровой зон, а также территории распространения многолетней мерзлоты, с одной стороны, а с другой — для стран сухого и жаркого климата, где органическое вещество разлагается быстро. В зависимости от преобладания растительности различают древесный, травяной и моховой торф. Общая площадь областей интенсивного торфонакопления составляет 9 млн км2. Более половины торфяников земного шара, а также сапропелевые озера и болота приходятся на Россию.

Торф низинных болот обогащен минеральными веществами. При сжигании содержит большое количество золы, а на дне таких болот в условиях дефицита кислорода образуются неполноокисленные соединения двухвалентных железа и марганца в виде минералов сидерита (FeCO3), родохрозита (МnСО3) и др. При доступе кислорода железо и марганец быстро окисляются и происходит трансформация указанных минералов: серый сидерит замещается ржаво-бурым гидрогетитом, грязно-розоватый родохрозит — черным псиломиланом. Скопления оксидов железа в виде конкреций различной формы известны как болотные руды.

Верховые болота образуются на плоских водораздельных участках с затрудненным поверхностным стоком. В этих условиях растительность представлена преимущественно сфагновыми мхами, для развития которых требуется весьма незначительное количество минеральных веществ и которые удовлетворяются ничтожным содержанием этих веществ из выпадающих атмосферных осадков. Поэтому торф верховых болот низкозолен и широко используется как энергетическое сырье. Основная часть торфяных болот сосредоточена в зоне лесов бореального и умеренного холодного климата Северного полушария.

Переходные болота занимают промежуточное положение между низинными и верховыми. Они имеют двойное питание – атмосферное и подземное.

Весьма своеобразны лесные болота приморских низменностей тропических и субтропических стран, распространенные на побережьях Флориды, Центральной Америки, островов Карибского бассейна, Юго-Восточной Азии. Поверхность этих низменностей постоянно или во время приливов залита водой, по причине чего у деревьев выработались особые корни для газообмена, находящиеся над водой. Тропические приморские лесные болота называются мантрами. Крупные аккумуляции торфа для мангров нетипичны, хотя есть сведения о мощных (до 10-12 м) скоплениях древесного торфа в отдельных местах на островах Индонезии.

Экологические особенности озер и болот. В озерах, водохранилищах и болотах содержится запас пресной воды, используемой в промышленных целях и для сельскохозяйственных нужд, а водохранилища являются источником и аккумулятором энергии, вырабатываемой ГЭС.

Отложения озер имеют важное практическое значение. Железо-оксидные конкреции озер Восточно-Европейской равнины с отдаленных времен до середины XIX в. использовались для выплавки железа. Конкреции оксидов железа и алюминия (бокситы), образованные в тропических озерах, служат алюминиевой рудой. Длительное время разрабатываются аккумуляции соды, кристаллизующейся в крупных содовых озерах Северной и Южной Америки, Африки, Тибета и Ирана. Также производится разработка борсодержащих солей, осаждающихся в пустынных борных озерах. Диатомовые осадки (диатомит) используются в промышленности, а отложения сапропеля — в бальнеологических целях и в качестве удобрения. Для строительных целей используются пески, алевриты и глины.

Среди отложений болот ценными полезными ископаемыми являются торф и бурый уголь. Торф используют как энергетический ресурс, также из него получают аммиак, уксусную кислоту, деготь, воск, парафин, используют в качестве удобрений, для изготовления теплоизоляционных материалов, а также в медицине.

С течением времени торф преобразуется в бурые угли, которые в процессе диагенеза превращаются в каменный уголь и антрацит. Месторождения лимнических каменных углей в виде пластов и линз мощностью до нескольких десятков метров располагаются в тех местах, где в глубокой древности находились озерно-болотные системы.

Активное осушение болот может привести к возникновению многочисленных пожаров торфяников в летнее время. В 2003 году во время жаркого и сухого лета Москва на несколько дней оказалась окутана дымом из-за горения торфяников в Подмосковье. Сложность пожаротушения заключается в невозможности доставки техники к очагу возгорания из-за непроходимости территорий и невозможности передвижения тяжелой техники по слабым грунтам.

Озёра – природные водоёмы со стоячей или слабопроточной водой, образующиеся в результате затопления понижений суши (котловин) водными массами. Озёра не имеют связи с океаном и, в отличие от рек, обладают замедленным водообменном.

Каждое озеро состоит из трех взаимосвязанных природных компонентов:

котловины - формы рельефа земной поверхности,
водной массы с растворёнными в ней веществами,
растений и животных, населяющих водоём.

Котловины озёр возникают в результате различных рельефообразующих процессов и по происхождению делятся на несколько групп.

С проявлением эндогенной активности связано образование тектонических и вулканических котловин.

Котловины тектонического происхождения образуются в результате движения участков земной коры. Многие озёра, возникшие в котловинах тектонического происхождения, занимают обширную площадь, характеризуются большой глубиной и имеют древний возраст. Характерными примерами озёр, принадлежащих этой группе, служат Великие Африканские озёра (в том числе Танганьика с глубиной -1470 м), приуроченные к Восточно-Африканской рифтовой системе, где происходят процессы растяжения и прогибания континентальной коры. Аналогичное происхождение имеют озеро Байкал в России (являющееся самым крупным пресноводным водоёмом и обладающее максимальной среди озёр глубиной -1620 м), озеро Бива в Японии (известное добываемым в нём пресноводным жемчугом) и другие. Котловины нередко приурочены к изометричным прогибам (Чад, Эйр) или крупным тектоническим разломам. С тектоническими процессами связано и формирование остаточных озёр, являющихся остатками древних океанов и морей. Так, Каспийское озеро отделилось от Средиземного и Чёрного морей в результате тектонических движений земной коры.

Котловины вулканического происхождения приурочены к кратерам и кальдерам потухших вулканов или располагающиеся среди застывших лавовых полей. В последнем случае озёрные котловины формируются, когда горячая лава вытекает из-под более холодного поверхностного лавового горизонта, что способствует проседанию последнего (так образовалось оз. Йеллоустон), или в случае подпруживания рек и ручьев лавой или грязевым потоком при извержении вулканов. Котловины такого происхождения встречаются в районах современной или древней вулканической деятельности (Камчатка, Закавказье, Исландия, Италия, Япония, Новая Зеландия и др.).

Многообразие экзогенных процессов приводит к образованию различных групп озёрных котловин.

Большое количество озёрных котловин имеют ледниковое происхождение. Их формирование может быть связано с деятельностью горных и равнинных ледников. В горах ледниковые озёрные котловины представлены моренно-запрудными и каровыми. Моренно-запрудные образуются при запруживании ледниками речных долин. При заполнении водой каровых котловин формируются небольшие живописные озера с чистой и холодной водой.
На равнинах котловины ледникового происхождения распространены на территории, подвергавшейся четвертичному оледенению. Среди них можно выделить котловины экзарационного, ледниково-аккумулятивного и морено-запрудного происхождения. Экзарационные котловины связаны с выработанным движущимся льдом отрицательными формами рельефа. Знаменитым примером озера, обязанного своим происхождением разрушительной деятельности ледников, служит Лох-Несс в Шотландии, образовавшееся в обработанной ледником долине реки. Тысячи озёр, образовавшихся в котловинах ледникового вспахивания, встречаются на территории Скандинавского полуострова, на севере Канады. Ледниково-аккумулятивные котловины образуются в области развития моренных отложений. Озерные котловины в области моренно-равнинного рельефа широкие, имеют овальную форму и небольшую глубину (Чудское, Ильмень); в условиях холмисто-западинного и холмисто-увалистого рельефа обладают неправильной формой, островами, сложной береговой линией, расчленённой полуостровами и заливами (Селигер). Моренно-запрудные котловины возникают при запруживании мореной доледниковой речной долины (например, оз. Сайма в Финляндии).

В областях многолетней мерзлоты образуются котловины термокарстового происхождения, обязанные своим происхождением таянию ископаемого льда и мерзлых пород и просадкам грунта. Такое происхождение имеют многие котловины тундровых озерков. Все они имеют небольшую глубину и невелики по площади. Ещё один район развития термокарстовых котловин – область распространения четверичных флювиогляциальных отложений. Здесь при таянии покровных ледников под толщей отложений, вынесенных талыми ледниковыми водами, оказались погребенными огромные глыбы мертвого льда. Многие из них растаяли только спустя сотни лет, и на их месте возникли котловины, заполнившиеся водой.

Озерные котловины суффозионного происхождения образуются при просадке грунтов в связи с выносом подземными водами рыхлых пылеватых частиц. Котловины такого генезиса встречаются в степной и полупустынной зонах Центральной Азии, Казахстана и Западно-Сибирской равнины.

Котловины флювиального происхождения связаны с геологической деятельностью рек. Чаще всего это старичные и дельтовые озёра. Иногда образование озёр обусловлено преграждением русла реки аллювиальными наносами другой реки. Например, образование озера Сент-Крой (США) связано с подпруживанием р. Сент-Крой аллювиальными отложениями р. Миссисипи. В связи с динамичностью эрозионных и аккумулятивных флювиальных процессов и небольшими размерами котловин, последние относительно быстро заполняются наносами и зарастают в одних местах и вновь образуются в других.

Озёра искусственного происхождения связаны с заполнением водой искусственных котловин (карьеров и пр.), либо с подпруживанием речных потоков плотинами. При сооружении плотин образуются различные по размерам водоёмы – от небольших прудов до огромных водохранилищ (расположенные в Африке водохранилища Виктория на реке Виктория-Нил, Вольта на р. Вольта и Кариба на р. Замбези; самым крупным по объему в России является Братское водохранилище на реке Ангаре). Некоторые плотины возводились с целью производства электроэнергии для выплавки алюминия на базе крупных залежей бокситов. Нужно добавить, что плотины создаются не только человеком. Плотины, построенные бобрами, могут достигать длины более 500 м, но существуют они лишь непродолжительное время.

Котловины прибрежно-морского происхождения образуются преимущественно в результате отделения морских бухт барами от акватории моря в процессе перемещения вдольберегового потока наносов. На начальном этапе котловина заполнена солёными морскими водами, в дальнейшем образовавшееся соленое озеро постепенно опресняется.

Котловины органогенного происхождения возникают на сфагновых болотах тайги, лесотундры и тундры, а также на коралловых островах. В первом случае они обязаны своим происхождением неравномерному нарастанию мхов, во втором – коралловых полипов.

Озёра в масштабах геологического времени существуют относительно недолго. Исключение составляют лишь некоторые озёра с котловинами тектонического происхождения, приуроченные к активным зонам земной коры, и крупные остаточные озёра. Со временем котловины заполняются осадками или заболачиваются.

Отложения озёр представлены терригенными, хемогенными и органогенными осадками. Состав накапливающихся в озёрах осадков определяется в первую очередь климатической зональностью.

В озёрах гумидных областей накапливаются преимущественно алевро-глинистые отложения, часто с большим количеством органики. Отмершие организмы, а также материал, сносимый в озеро, откладываются на дне и образуют гиттию (от швед. gyttja - ил, тина) – озёрные отложения, состоящие из органических остатков. Органическое вещество гиттий образуется преимущественно за счёт продуктов распада живущих в воде растительных и животных организмов, в меньшей степени за счёт принесённых с окружающей суши остатков наземных растений. Минеральная часть состоит из песчано-глинистого материала и осаждённых из вод окислов кальция, железа и магния. Гиттию называют также сапропель (от греч. sapros - гнилой и pelos - ил, грязь - "гнилостный ил"). В озере Неро, расположенном у города Ростов-Ярославский (Ростов Великий), слой сапропеля достигает 20 м. Сапропели используются в качестве удобрения или в качестве минеральной подкормки для скота; иногда в бальнеологических целях (грязелечение).

В полупустынных и пустынных аридных зонах озёра бессточные с интенсивным испарением. Поскольку реки и подземные воды всегда приносят соли, а испаряется только чистая вода, то происходит постепенное повышение солёности озёрных вод. Концентрация солей может повышаться настолько значительно, что из пересыщенной солями воды (рапы) происходит осаждение соли на дно озера (самосадочные озёра). При осолонении континентальных озёр накапливаются карбонатные, содовые, сульфатные, соляные и другие хемогенные отложения. В России современные содовые озёра известны в Забайкалье и в Западной Сибири; за рубежом большой известностью пользуется озеро Натрон в Танзании и озеро Серлс в Калифорнии. К ископаемым отложениям подобных озёр приурочены месторождения природной соды.
В целом, для аридных областей характерны галогенно-карбонатные отложения, бедные органикой.

В ряде случаев решающую роль в характере осадконакопления имеет происхождение озёрных котловин. Для ледниковых озёр характерны ленточные глины, формирующиеся за счёт сочетания озёрных и ледниковых отложений. В карстовых озёрах накапливаются карбонаты, иногда нагромождения глыб обвального происхождения.

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 ввиду своих больших размеров называются внутренними морями. Например, Каспийское озеро — это море, имеющее площадь около
37 600 км 2 , максимальную глубину почти в 1000 м и лежащее на 28 м ниже уровня океана. Аральское — бессточное, соленое озеро-море, сейчас почти пересохшее. Имеется ряд других. Озера располагаются как в низменностях, так и в горных районах. Озеро Титикака в Андах находится на высоте почти 4 км. В горной местности располагается самое крупное в мире пресноводное озеро Байкал, содержащее 23 тыс. км 3 прекрасной пресной воды, обладающее площадью 66 тыс. км 2 , максимальной глубиной 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 и 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 озеро 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 нередко играют роль плотин, перегораживающих долины, а выше плотин возникают озера.

Крупные озера-моря типа Каспийского, Аральского, Виктории и Чад в Африке и др. 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 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 км 3 , что составляет 18,6 % от стока всех рек России, их общая площадь — 65 тыс. км 2 , 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 на 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 озере 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 меняются 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, 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. км 3 ) объем вод всех Великих озер Северной Америки и содержащее 20 % мировых запасов пресных вод. Надо отметить, что и возраст Байкала 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 один 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, ограниченно. 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, так и созидательной работой, т. е. накоплением осадочного материала.

Абразия берегов осуществляется только волнами и редко течениями. Естественно, 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 больше 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. Так как на дне в застойных озерах кислорода почти нет, то анаэробные бактерии превращают ил в жирную, желеобразную массу — сапропель , содержащую 60–65 % углерода, которую используют как удобрение или лечебную грязь. Сапропелевые слои имеют мощность в несколько метров, 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 м 3 , 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, перераспределении потоков грунтовых вод, использовании 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, MgCl2), мирабилита (Na2SO4 · 10H2O), соды (Na2CO3 · 10H2O), соединений бора, серы и др. В зависимости от наиболее характерных хемогенных осадков озера подразделяются на сульфатные, хлоридные, боратные. Последние характерны для Прикаспийской 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 нескольких сантиметров, которые иногда образуют сплошной слой мощностью в несколько метров. 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.

10.2. Геологическая деятельность болот

Болото представляет собой аккумулятивное образование, характеризующееся 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 км 2 , и торфяные залежи распространены на площади в 113 тыс. га. В России болота Западной Сибири содержат 39 % мировых запасов торфа и занимают три физико-географические зоны: лесостепь, тайгу и тундру. Такие болота, как Васюганское (53 тыс. км 2 ), Салымо-Юганское (732 км 2 ), Лайменское (502 км 2 ), являются крупнейшими в мире.

Для существования болота необходимы высокий уровень стояния грунтовых вод, наличие впадин в рельефе поверхности Земли, достаточное количество осадков и отсутствие контраста их распределения по временам года, а также 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 низинах водный сток обычно замедленный, питаются они за счет либо 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 за счет как подземных вод, так и атмосферных осадков, и в таких болотах развита растительность, не требующая большого количества минеральных веществ.

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 Мещере, Припятском Полесье, на Обь-Иртышском междуречье в Западной Сибири.

Существование болот зависит от ежегодного прироста биомассы и, одновременно, от 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 возникают избыточное увлажнение и рост специфической болотной растительности. Образуется пойменное болото , обычно развивающееся там, где преобладает аккумулятивная деятельность поверхностных вод.

Болота служат консервантом воды, особенно в торфяных отложениях. Так, в Западной Сибири при заболачивании 1 млн км 2 и запасах торфа 120 млрд т при влажности 40 % воды в торфе содержится примерно 1000 км 3 , что значительно больше годового стока рек во всем этом регионе.

Болота обогащают атмосферный воздух кислородом и поглощают углекислый газ, тем самым консервируя углерод. В то же время болота выделяют большое количество метана (СН4) за счет разложения растительных остатков в анаэробных условиях. Болота дают до 50 % метана, поступающего с территории России.

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 происходят неполное разложение остатков растительности с помощью микроорганизмов, формирование гумуса — 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 необходимы 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 м, а всего в Московской области торфом покрыто 260 тыс. га и находится 1668 торфяных месторождений, из которых 562 уже выработаны. Второе по важности применение торфа — удобрение в сельском хозяйстве. Из торфа получают также теплоизоляционный материал, деготь, парафин, воск, красители для дерева, различные фильтры и др. Мировые запасы торфа превышают 500 млрд т, из них на Россию приходится около 190 млрд т, а по некоторым данным — 250 млрд т,
т. е. половина мировых запасов.

Говоря о болотных отложениях, нельзя не упомянуть углеобразования . 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 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, подвергнутая сильному метаморфизму. От неизмененной древесины к антрациту закономерно возрастает содержание углерода и уменьшается — водорода, кислорода и азота (табл. 10).

Таблица 10. Состав углей (по Л. Б. Рухину)

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 с 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, связан 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.

По сути, геологическая деятельность озер имеет много общего с работой моря. Родственны как факторы, так и процессы, так и образующиеся осадки. Среди факторов, определяющих особенности геологических процессов в озерах, первостепенное значение принадлежит характеру озерных котловин, составу и динамике вод, специфике органического мира.

Разрушительная работа озер осуществляется теми же путями, что и у морских вод. Озерная абразия почти исключительно обусловлена ветровыми волнами. Ее активность будет тем выше, чем больше площадь водного зеркала (следовательно, больше высота волны), чем выше берега и чем мягче слагающие берега породы. Высота берегов определяется происхождением озерной котловины и возрастом самого водоема. Так, интенсивному размыву подвергнутся высокие берега крупных рифтовых, провальных и плотинных котловин. Ярче всего это будет выражено в молодых бассейнах, где берега еще не разрушены абразией и их уступы подвергаются ударам волн. В подпрудных озерах абразия может разрушить плотину, что приведет к исчезновению водоема.

Транспортная работа озер зависит от характера движения воды. В проточных озерах, обычно располагающихся в речных долинах, велика роль самого речного течения, которое может перемешивать значительную часть объема воды. В бессточных озерах аридных областей ветровыми волнами перемешивается только верхняя часть водной массы, тогда как нижние слои остаются неподвижными. Поэтому в проточных озерах крупные частицы могут заноситься в глубь котловины гораздо дальше, чем в бессточных.

Аккумулирующая работа является главным видом деятельности озер. Происходит накопление обломочных, органо- и хемогенных пород. Озерным осадкам характерны тонкодисперсность и горизонтальная слоистость. В озерах с сезонным осадконакоплением состав прослоев отличается: например, в покрывающихся зимою льдом озерах, зимний слой глинистый, а летний песчано-алевритовый. Терригенные осадки озер накапливаются примерно по той же схеме, что и морские. Как и в море, поступившие в озеро обломки подвергаются избирательной сортировке по весу: тяжелые остаются у берега, а легкие разносятся волнами по водоему. На границе воды близ высоких скалистых берегов возникают пляжи галечниковые, а на низких, сложенных рыхлыми породами берегах – песчаные. Крупные обломки оседают также в устьях впадающих в озеро рек, и вдоль стрежневой части проточных озер. Алевритовые и глинистые частицы, разносящиеся по всей акватории, преобладают в составе осадков центральной части бассейна, где они образуют озерные илы. Органогенные осадки в максимальном объеме формируются на прибрежном мелководье пресных озер, где наиболее активно развивается и отмирает высшая водная растительность, давая начало накоплению торфа. В результате гибели планктона (диатомовых, сине-зеленых водорослей и др.), на дне образуются органические илы, а при смешении органических останков с глинистыми частицами – органоминеральные илы. Благодаря разложению органики в анаэробных условиях, названные илы превращаются в специфический озерный осадок – сапропель. Кроме того, скопления раковин диатомовых водорослей могут создавать диатомовые илы кремнистого состава. Иногда в составе органогенных озерных отложений встречаются маломощные линзы ракушечников. Хемогенные осадки преобладают в бессточных озерах областей аридного климата. Здесь накапливаются соли каменная и калийная, сода, мирабилит и др. В пресных озерах также возможно образование хемогенных отложений, представленных карбонатными, железистыми или марганцовистыми илами или оолитами. Процессаккумуляции осадков в озерах, не испытывающих тектонического погружения дна, постепенно ведет к обмелению и, следовательно, исчезновению водоема.

Геологическая работа болот сводится, в основном, к накоплению торфа. Торф – горная порода органического происхождения, состоящая из растительных остатков. Следовательно, состав торфа зависит от состава растительности, а значит, от происхождения болота и его типа по местоположению и условиям образования. По происхождению болота бывают озерными, лесными и луговыми. Озерные болота возникают при зарастании (заболачивании) озер. Этот процесс идет от берегов озера к центру, причем главное значение принадлежит травяной растительности. Лесные и луговые болота возникают на локальных понижениях рельефа, где скапливаются атмосферные осадки (им свойственна кислая реакция и бедность минеральными солями). Просачиваясь сквозь грунты, кислые воды выщелачивают из почвы питательные вещества, а также, заполняя поры, препятствуют доступу воздуха к корням деревьев и трав. В итоге оказывается возможным развитие только таких нетребовательных к условиям произрастания растений, как сфагновые мхи. По местоположению и условиям образования болота можно разделить на четыре типа. Низинные болота являются озерными, питаются богатыми минеральными солями подземными водами, а значит, характеризуются богатой в видовом отношении растительностью (мхи, травы, кустарники, деревья). Торфяник здесь начинает накапливаться у берегов, поэтому в разрезе форма болота вогнутая. Верховые болота, формирующиеся как лесные и луговые, характеризуются бедной растительностью. Торфонакопление начинается в центре массива, поэтому поверхность болота выпуклая. Переходные болота возникают в результате накопления верхового торфяника поверх уже накопленного низинного, поэтому в их отложениях присутствуют как торфа низинного, так и верхового типа. Приморские болота сильно отличаются по месту и способу своего образования (см. литоральные отложения), одной из их разновидностей являются мангровые болота, формирующиеся в устьях впадающих в море тропических рек. Здесь пресные речные воды при максимальных по высоте приливах сменяются солеными морскими. Поэтому травы развиваться не могут, а господствует своеобразная древесная растительность с воздушными корнями, в силу чего накапливаются торфа древесного состава. Таким образом, торфа по их составу можно разделить на моховые, травяные, древесные и смешанные. Помимо торфяников, в болотах могут накапливаться также различные хемогенные осадки. Последние представлены известняком (СаСО₃); сидеритом (FeCO₃) – болотной железной рудой оолитовой структуры, которая в результате выветривания превращается в лимонит (Fe₂O₃ x 2 Н₂О); изумрудно-синим вивианитом ((Fe3PO₄)₂ x 8Н₂О), переходящим при выветривании сначала в фиолетово-синий керченит, а затем в желтовато-серый пицит.

Читайте также: