Автор: Сухорученко С. К., КрымГИИНТИЗ

The author carried out a number of experiments for measuring the speed of nummulitic limestones denudation of the Inner cuesta ridge of the Crimean mountains. For five years of observation from 1997 to 2001 some features in denudation process development were fixed. It allows deducing the regularities about factors and speed of denudation.

Выветривание - это экзогенный геологический процесс разрушения и химического изменения минералов и горных пород на земной поверхности под воздействием атмосферы, гидросферы и живых организмов с последующим превращением их в продукты, которые являются более устойчивыми в новых физико-химических условиях [7]. При этом выветривание только подготавливает горные породы к сносу, а перемещение и снос обломочного материала осуществляется другими экзогенными процессами - эрозией, выдуванием и гравитационными процессами.

На палеогеновых известняках симферопольского яруса Внутренней куэсты Крымских гор из четырех видов денудационных склонов, выделенных для Крыма [5], на участке исследования выделяются два вида - первый и четвертый. К денудационным склонам первого вида относятся сравнительно пологие структурные склоны куэсты с полным профилем коры выветривания и почвенным покровом, на которых исследования скорости денудации не проводились. К денудационным склонам четвертого вида относятся стенки обрывов аструктурного склона куэсты с фрагментами коры выветривания и интенсивным сносом. Эти стенки обрывов и служили объектом изучения.

Объект исследования находится на Внутренней гряде Крымских гор на юго- западной окраине г. Симферополя в микрорайоне Марьино. Изучаемый участок представляет собой куэсту, ограниченную с запада верховьями Петровской балки, с востока Курцово-Сабловской долиной, с юга - относительно глубокой безымянной балкой и с севера - понижением, отделяющим Марьинскую куэсту от куэсты Неаполя Скифского. Абсолютные отметки обрывов достигают 425- 455 м н. у. м., протяженность стенки обрыва - 1,1 км, общая площадь исследования составляет около 1 км ² . Характер растительности - степной с редкими кустарниками боярышника и шиповника.

Аструктурный склон куэсты Внутренней гряды Крымских гор на участке исследования является древней стенкой срыва одного из блоков Марьинского оползня среднечетвертичного возраста. Стенка срыва оползня представлена отдельными выступами стенок обрывов нуммулитовых известняков среднего палеогена, относительной высотой 10-25 м, разделенных более пологими участками, где нуммулитовые известняки не обнажаются, а перекрыты почвой и дресвяно-щебнистыми, палевыми суглинками верхнечетвертичного возраста (рис. 1).

Рис. 1 Участок исследования (1-5 - выделенные отрезки)

стр. 37

Обнажения нуммулитовых известняков симферопольского яруса сложены двумя основными разновидностями, чередующимися в разрезе: 1) белыми, сравнительно плотными, крепкими, сильно перекристаллизованными, слабо трещиноватыми и с большим количеством раковин крупных нуммулитов, пектенов и устриц; 2) желтовато-белыми, менее плотными, слабо перекристаллизованными, сильно трещиноватыми и с преобладанием мелких нуммулитов. Причем первая разновидность в обнажении обрывов преобладает над второй. В конечном счете, в процессе денудации происходит формирование козырьков и более крутых и высоких обрывов из первой разновидности и ниш, более пологих и менее высоких обрывов из второй разновидности нуммулитовых известняков.

Измерение скорости денудации на Внутренней гряде Крымских гор происходило в течение пяти лет с 1997 по 2001 гг. при помощи учетных площадок, находящихся под обрывами. Для удобства обсчета полученных данных участок исследования разбит на четыре отрезка, каждый из которых представляет собой отдельный выступ обрыва (рис. 1). Они отделены друг от друга более пологими, задернованными склонами протяженностью 10-120 м, на которых скорость денудации не измерялась. Отобранный материал, представлял собой отчленившиеся пластинки и куски. Они имели на стенке обрыва четко прослеживающиеся светлые пятна и накапливались у подножия обрывов. Отчленившийся материал периодически взвешивался (1 раз в год в мае), визуальные наблюдения за динамикой денудационного процесса проводились в начале каждого месяца.

Таблица 1

Скорость денудации Марьинской куэсты

стр. 38

Первый отрезок, самый северный, имеет площадь стенки обрыва 315 м ² с основными экспозициями склона обрыва - северо-восточной и восточной (табл. 1). Второй отрезок - площадью 434 м ² и с основными экспозициями склона обрыва - северо-восточной, восточной и юго-восточной. Третий отрезок имеет площадь 291 м ² с основными экспозициями склона обрыва - восточной и юго-восточной. Четвертый отрезок, он самый южный, имеет площадь 500 м ² , основные экспозиции склона обрыва - восточная, юго-восточная и южная. Общая площадь стенки обрыва участка исследования составила 1540 м ² с преобладающими экспозициями - восточной и юго-восточной.

Ранее автор выделял еще и пятый отрезок, который расположен южнее всех остальных и отделен от них маленькой седловиной (рис. 1). У пятого отрезка огромная стенка обрыва, по сравнению с предшествующими отрезками, - более 45 метров по высоте. Общая площадь обрыва составляет около 1300 м ² , с основными экспозициями склона - южной и юго-восточной. Аструктурный склон этой части Марьинской куэсты образован эрозионными и гравитационными процессами, в отличие от предыдущих отрезков. Но в связи с тем, что скорость денудации составляла менее 1 кг снесенного материала в год, этот участок был исключен из исследований. Это объясняется тем, что при большой площади стенки обрыва и малой скорости денудации он будет давать заниженную скорость для района в целом. Нельзя также не отметить еще несколько любопытных явлений для этого отрезка.

Во-первых, на южной стороне куэсты имеется самый крупный грот для всего участка исследования. Грот, который имеет длину 10 м, ширину 3 м и высоту от 4 до 6 м, должен свидетельствовать об интенсивном развитии денудационных процессов. Однако пятилетние наблюдения дали, если не отрицательный, то почти отрицательный ответ на это предположение, так как 0,2 кг за пять лет не сопоставимы с размерами образовавшегося грота. Рост грота, по всей видимости, происходит в результате отчленения крупных глыб с потолка с интервалом через десятилетия одна после другой. Об этом свидетельствуют крупные и продолговатые глыбы нуммулитовых известняков, лежащие поблизости от грота. Не менее важным является проявление процесса выдувания более податливых нуммулитовых известняков, относящихся ко второй их разновидности, описанной выше. Доказательство этому - образование большого количества характерных для выдувания форм - туфони-туфони, в ячейках которых находится пылеобразный, мелкопесочный и разрушенный нуммулитовый известняк, который в последствии и выдувается. В гроте отмечено 5 слоев интенсивного развития этих форм.

Во-вторых, это наличие нескольких крупных блоков отседания с амплитудой раскрытия трещин у одного из блоков на 0,4-0,6 м, а также обрушение еще одного блока отседания объемом 150 м3. Коллювиальный шлейф состоит из глыб (самая крупная имеет объем чуть более 8 м ³ ) и щебня нуммулитовых известняков. Обрушение произошло недавно, о чем свидетельствует стенка обрыва, которая имеет более светлый цвет и не покрылась лишайниками как смежные стенки обрывов.

стр. 39

Расчеты скорости денудации в ходе исследований проводились согласно методике, разработанной Е. А. Толстых и А. А. Клюкиным [8]. Основные данные по скорости денудации отражены в таблице 1. Из нее видно, что вес снесенного материала на различных отрезках в разные годы изменялся от 2,71 кг (2-й отрезок в 2000 г.) до 254,38 кг (4-й отрезок в 2000 г.). Сносимый материал, как правило, представлен тонкими и мелкими пластинами весом 0,03- 0,12 кг. Более крупные обломки отчленяются от стенки обрыва изредка, не каждый год, всегда на стенках северо-восточной экспозиции; вес крупных обломков колеблется от 20 до 42 кг.

Изучение динамики денудационного процесса нуммулитовых известняков за пять лет дало следующие результаты: максимальные скорости денудации отмечены на первом отрезке: в 1998 г. - 0,289 мм/ год и в 1999 г. - 0,302 мм/год. На втором отрезке (около 1/3 площади участка) наблюдались минимальные скорости для всей территории исследования и особенно в 1997 и 1998 гг. - по 0,006 мм/год и в 2000 г. - 0,003 мм/год. В среднем для района скорость денудации колебалась от 0,080 мм/год в 2000 г. до 0,169 мм/год в 1999 г. (рис. 2). Максимумы и минимумы в динамике денудационного процесса автор напрямую связывает с количеством подготовленного материала к сносу и с годовым количеством осадков. Среднегодовое количество осадков, выпадающих в данном районе, составляет 575 мм [6]. В 1997 и 2000 гг. сумма осадков составила 520 и 500 мм, а в 1999 и 2001 гг. - 630 и 590 мм соответственно. Из вышеприведенных данных видно, что, если сумма осадков выше среднегодовой величины, то скорость денудации возрастает, и наоборот. Результаты наблюдений показывают прямую зависимость количества выпадающих осадков и скорости денудации нуммулитовых известняков.

Рис. 2. Динамика скорости денудации, мм/год

За период наблюдений было отмечено ряд особенностей в развитии денудационного процесса. Первая особенность - денудация происходит в холодный период года, когда приходят холодные и влажные воздушные массы. Холодный период в Крыму имеет продолжительность от 130 до 165 дней, в среднем 142 дня (ноябрь-март). Вторая особенность - развитие денудационного процесса сильнее проявляется на северо-восточных экспозициях. Это доказывается большим количеством снесенного обломочного материала, как в виде мелких и тонких пластин, так и в виде отдельных крупных глыб. В меньшей степени процесс денудации проявляется на восточных экспозициях, где обломки в основном представлены тонкими плоскими пластинами и редко средней величины. На стенках юго-восточной экспозиции денудация идет незначительно, где чаще всего отслаиваются мелкие и тонкие пластинки; на южных экспозициях процесс денудации не наблюдался. Перечисленные особенности связаны с переходом температуры воздуха и грунтов ниже нуля градусов Цельсия, выпадением жидких атмосферных осадков в период отрицательных температур, а также с величиной суммарной солнечной радиации [4].

стр. 40

Известно, что вода при замерзании увеличивает объем примерно на 9-11%, то есть происходит расширение и увеличение трещин в породе и подготовка к сносу, а сам снос происходит в теплый период. Такое изменение объема производит большой разрушающий эффект, который выражается в росте бокового давления, достигающего значений 2000-2400 кг/см ² в грунтах, и выделении скрытой теплоты [3, 1]. Для Крыма характерно многократное чередование в холодный период процессов промерзания и оттаивания, что вызывает более сильное разрушение грунтов, чем постоянное промерзание. Известно также, что нуммулитовым известнякам свойственна низкая морозостойкость при высокой влажности. Так, для нуммулитовых известняков достаточно от 11 до 22 циклов замерзания и оттаивания, чтобы они стали разрушаться, особенно когда температура атмосферы и воды опускается ниже минус 5С. Но наибольший эффект разрушения нуммулитовых известняков происходит, когда температура воздуха и воды опускается ниже минус 23С [5]. Все эти климатические факторы в холодный период благоприятствуют морозному выветриванию нуммулитовых известняков Внутренней гряды Крымских гор.

Так, исходя из наблюдений, на стенках северо-восточной и восточной экспозиции преобладают процессы физического выветривания, а именно, денудации, с образованием козырьков и ниш, хотя здесь также имеют место и карстовые процессы, чему свидетельство - маленькие пустоты и карстовые трещины. На юго-восточной и южной экспозиции преобладают другие процессы, а именно: карстовые (стаканчики, пустоты, карстовые трещины, маленькие каналы и пещера - Алимова), процессы, связанные с выдуванием (тафони), гравитационные - выявлено два блока отседания; характерные формы, связанные с денудацией - козырьки и ниши встречаются редко [2].

В заключение отметим, что на Петровских скалах, расположенных в 3 км к северу, скорость денудации составляет 6,19-10,6 мм/год [5]. Сравнивая показатели скорости денудации на обоих участках, отмечаем, что скорость денудации на исследуемом участке в 3-4 раза меньше, чем на Петровских скалах. Автор относит большую скорость денудации Петровских скал, по сравнению с Марьинской куэстой, в первую очередь, за счет северной и северо- восточной экспозиции склонов обрыва, где скорость денудации в 2-3 раза больше, чем на юго-восточных и южных, что связано с особенностями температурного режима и режима жидких атмосферных осадков; во вторую очередь, за счет искусственного обводнения некоторых участков обрыва (утечки из водопроводной и канализационной сети) и, в третью очередь, свое влияние оказывают динамические воздействия со стороны автомобильной дороги по улице Воровского.

Из вышесказанного вытекают следующие закономерности:

* сносимый материал, как правило, представлен мелкими и тонкими пластинами и лишь изредка крупными обломками известняка;

стр. 41

* вес отдельных частиц сносимого материала, как правило, составлял 0,03-0,12 кг;

* процесс денудации зависит от отрицательных температур воздуха и грунтов, а также от выпадения в холодный период (ноябрь-март) жидких атмосферных осадков;

* процесс денудации в основном развит на северо-восточных и восточных экспозициях;

* для участка в целом наблюдалось два максимума в 1999 и 2001 гг. и два минимума в 1997 и 2000 гг.;

* динамика денудационного процесса зависит от величины годового количества осадков, чем больше сумма осадков, тем выше скорость денудации и наоборот;

* скорость денудации нуммулитовых известняков Внутренней гряды Крымских гор в районе микрорайона Марьино в 3-4 раза ниже, чем на известняках такого же типа (нуммулитовых) Петровских скал, расположенных в 3 км к северу от исследуемого участка.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ананьев В. П., Коробкин В. П. Инженерная геология. - М.: Высшая школа, 1973. - 300 с.

2. Леонтьев О. К., Рычагов Г. И. Общая геоморфология. - М.: Высшая школа, 1979. - 288 с.

3. Оллиер К. Выветривание. - М.: Недра, 1987. - 348 с.

4. Славин В. И. Современные геологические процессы в юго-западном Крыму. - М.: Изд-во МГУ, 1975. - 196 с.

5. Современные геологические процессы на Черноморском побережье СССР. - М.: Недра, 1976. - 184 с.

6. Справочник по водным ресурсам. - К.: Урожай, 1987. - 304 с.

7. Справочник по инженерной геологии. - М.: Недра, 1968. - 240 с.

8. Толстых Е. А., Клюкин А. А. Методика измерения количественных параметров экзогенных геологических процессов. - М.: Недра, 1984. - 118 с.

Постоянный адрес данной публикации: