сравнительно узкие в поперечном направлении и большой протяженности в продольном направлении зоны сильных ветров. При этом скорости ветра преобладает более 100км/час.
Основное струйное течение наблюдается в субтропических широтах. Центральная часть субтропических струйных течений располагается на широте 25°-45°. Также струйные течения бывают внетропические, образуются между высокими антициклонами и циклонами в умеренных и высоких широтах, а также экваториальные.[1]
.1 Пространственное и временное распределение и изменчивость скорости ветра
Современный анализ поля ветра у поверхности Земли и на различных высотах показывает, что поле ветра по мере удаления от подстилающей поверхности становится более гладким. При этом скорость ветра с высотой в среднем возрастает, достигая максимума чаще всего вблизи тропопаузы. В умеренных широтах примерно в 80% случаев максимум скорости ветра находится в верхней тропосфере или в слое тропопаузы. Характерный вертикальный профиль скорости ветра приведен на рис. 1. На нем видно резкое возрастание скорости ветра с высотой, вблизи подстилающей поверхности, а максимум скорости ветра в слое 9-10км.
Рис. 1. Вертикальный профиль скорости ветра.
Характер изменения скорости и направления ветра с высотой определяется различием степени влияния на него основных сил, действующих на воздушный поток. В приземном слое наиболее значительное воздействие на движение воздуха оказывает турбулентное трение. Здесь скорость ветра быстро возрастает с высотой, мало меняя своё направление. В этом слое толщиной 50-100м распределение скорости ветра в наибольшей степени зависит от интенсивности обмена количеством движения с более высокими слоями.
В пограничном слое атмосферы на воздух совместно действуют силы барического градиента, Кориолиса и трения, причем влияние последней уменьшается с высотой, скорость ветра продолжает возрастать, но возрастание меньше, чем в приземном слое.
В свободной атмосфере основное влияние на характер изменения ветра с высотой оказывает структура барического поля.
Временная изменчивость направления ветра существенно зависит от его скорости: чем больше скорость, тем устойчивее направление ветра. Такой характер связи между скоростью и направлением ветра сохраняется в пределах всей тропосферы.
Временная изменчивость скорости ветра в умеренных широтах мало зависит от времени года. Она возрастает с увеличением скорости ветра, поэтому в свободной атмосфере наибольшая изменчивость скорости ветра наблюдается вблизи тропопаузы.
При анализе скорости и направления ветра приходится учитывать суточный ход. Амплитуда суточного хода больше летом, чем зимой. При ясной погоде амплитуда суточного хода больше, чем при пасмурной погоде. При сильном прогреве подстилающей поверхности летом и ясной погоде развиваются активные конвективные токи, способствующие обмену количеством движения между приземным слоем и более высокими слоями, где ветер сильнее.
Зимой, особенно при пасмурной погоде, когда амплитуда суточного хода температуры не превышает нескольких градусов, амплитуда суточного хода скорости ветра составляет всего 2-3м/с.[1]
.2 Основные воздушные течения в системе общей циркуляции атмосферы
Основным видом циркуляции воздуха на вращающейся Земле является зональный перенос, отчетливее проявляющийся в свободной атмосфере. В тропосфере умеренных широт преобладают западные ветры, причем зимой их средняя скорость на всех высотах больше, чем летом.
Из-за возникающих разностей температуры, вследствие неодинакового нагревания и охлаждения материков и океанов между ними возникает муссонная циркуляция. По определению известного советского метеоролога С. П. Хромова, муссоном называется такой режим воздушных течений в системе общей циркуляции атмосферы в большой географической области, при котором ветры одного направления в каждом месте этой области резко преобладают над остальными. А само преобладающее направление ветра от зимы к лету и от лета к зиме меняется на направление, близкое противоположному.
Рис. 2.1. Очаги формирования воздушных масс зимой, по С. Петтерсену. [1]
воздух: 1 - арктический; 2 - континентальный умеренных широт; 3 - морской умеренных широт; 4 и 5 - переходный; 6 - континентальный тропический; 7 - морской тропический; 8 - экваториальный; 9 - муссонный.
В муссонных областях, примером которых на территории России является Дальний Восток, летом преобладают ветры с океана, а зимой с континента.
Рис. 2.2. Очаги формирования воздушных масс летом, по С. Петтерсену. [1]
Воздух: 1 - арктический; 2 - континентальный умеренных широт; 3 - морской умеренных широт; 4 - континентальный тропический; 5 - морской тропический; 6 - экваториальный; 7 - муссонный.
В полярных областях обоих полушарий преобладает высокое давление, а ветры из этих областей направлены в сторону умеренных широт. Для умеренных зон характерно частое возникновение циклонов, в результате чего в среднем здесь преобладает пониженное давление и сюда направлены воздушные течения не только из высоких широт, но и из тропиков, где находятся субтропические антициклоны. Из тропиков, с южных периферий субтропических антициклонов, ветры направлены в сторону экваториальной зоны. Эти ветры называются пассатами. Во многих районах они устойчивы и не меняют своего направления в течение всего года. [1]
Поскольку с высотой структура поля давления становится сравнительно проще, а ветер в свободной атмосфере близок к градиентному ветру, то поле ветра в свободной атмосфере в большей степени, чем у земной поверхности, отражает основную планетарную систему тропосферной циркуляции - зональный перенос.
Рис. 3.1. Поле давления и система воздушных течений на уровне моря в июле. [1]
Рис. 3.2. Поле давления и система воздушных течений на уровне моря в январе. [1]
Глава 2. Геологическая деятельность ветра
Под геологической деятельностью или работой ветра понимается изменение поверхности земли под влиянием движущихся воздушных струй. Ветер может разрушать горные породы, переносить мелкий обломочный материал, скапливать его в определенных местах или отлагать на поверхности земли ровным слоем. Чем больше скорость ветра, тем сильнее производимая им работа.
Ветер со скоростью 3 м/сек может шевелить листья деревьев, со скоростью 10 м/сек - качать толстые ветви, поднимать и переносить во взвешенном состоянии пыль и мелкий песок; ветер со скоростью 20 м/сек ломает ветви деревьев, переносит песок, гравий до 4 мм в диаметре; буря со скоростью ветра 30 м/сек может срывать крыши с домов, вырывать деревья, передвигать и переносить мелкие камешки; ураган со скоростью ветра 40 м/сек уже способен разрушать дома, вырывать с корнем крупные деревья.
Сила ветра при ураганах бывает очень велика. Однажды на мосту через р. Миссисипи ураганным ветром был сброшен в воду груженый поезд: В 1876 г. в Нью-Йорке ветром была опрокинута башня высотой 60 м, а в 1800 г. в Гарце было вырвано 200 тыс. елей. Многие ураганы сопровождаются человеческими жертвами. Особенно катастрофичны, бывают ураганы в области океанических побережий и на островах, где ветер, кроме непосредственного воздействия на сушу, вызывает огромные волны, усиливающие разрушения. Так, например, в ноябре 1932 г. на о-ве Куба был разрушен г. Сант-Круц, причем погибло 3 тыс. человек. От урагана в 1876 г. в густонаселенной дельте р. Ганга за одну ночь было убито и пропало без вести 100 тыс. человек. Сильные повреждения нанесли о-ву Мадагаскар необычные по силе ураганы в 1959 г.[4]
2.1 Процессы разрушения
Ветер производит разрушение земной поверхности - эоловые процессы, что приводит к изменению рельефа. Эти процессы протекают, во-первых, вследствие непосредственного соприкосновения воздушных струй с рыхлыми или слабо сцементированными горными породами и, во-вторых, при помощи тех твердых частиц (песчинки и т. п.), которые он несет. Первый вид эолового разрушения носит название дефляция, что значит в переводе с латинского «выдувание» или «развевание». Разрушительная работа ветра с помощью твердых частиц называется корразией. Результаты этих разрушений приведены на рис. 4.
Рис. 4. Грибообразная (А) и дефляционно-корразийная (Б) формы[2]
Дефляция - процесс выдувания и развевания ветром частиц рыхлых горных пород. Дефляции подвергаются мелкие частицы пелитовой, алевритовой и песчаной размерности. Различают площадную и локальную дефляцию.
Рис. 5. Формы эоловых многогранников.[2]
Выдувание такого типа называется плоскостной дефляцией или эоловой абляцией. Последняя широко развита по краям пустынь. Так, например, в широком коридоре между Большим и Малым Балханом или Малым Балханом и Кюрендагом почти постоянно дующий ветер, стиснутый горами, подхватывает все рыхлые отложения и уносит их за пределы коридора.
Площадная дефляция приводит к равномерному выдуванию рыхлых частиц с обширных площадей; понижение поверхности за счёт такой дефляции может достигать 3 см в год. Площадная дефляция наблюдается как в пределах коренных скальных пород, подверженных интенсивным процессам выветривания, так и особенно на поверхностях, сложенных речными, морскими, водно-ледниковыми песками и другими рыхлыми отложениями. В твердых трещиноватых скальных горных породах ветер проникает во все трещины и выдувает из них рыхлые продукты выветривания. Поверхность пустынь в местах развития разнообразного обломочного материала в результате дефляции постепенно очищается от песчаных и более мелкозернистых частиц (выносимых ветром) и на месте остаются лишь грубые обломки - каменистый и щебнистый материал. Площадная дефляция иногда проявляется в засушливых степных областях различных стран, где периодически возникают сильные иссушающие ветры - "суховеи", которые выдувают распаханные почвы, перенося на далекие расстояния большое количество ее частиц. Развитие локальной дефляции определяется особенностями движения воздушных потоков и характером рельефа.
Локальная дефляция проявляется в отдельных понижениях рельефа. Многие исследователи именно дефляцией объясняют происхождение некоторых крупных глубоких бессточных котловин в пустынях Средней Азии, Аравии и Северной Африки, дно которых местами опущено на многие десятки и даже первые сотни метров ниже уровня Мирового океана.
Одним из примеров является впадина Карагие в Закаспии, дно которой опущено на 132 м ниже уровня моря. На дне некоторых котловин в верхнем слое пород часто происходит накопление солей. Это может быть связано или с капиллярным подъемом к поверхности днищ соленых подземных вод, или с привносом солей временными пересыхающими ручьями, или с усыханием мелких водоемов. Подземные и поверхностные воды испаряются, а соли, кристаллизация которых разрывает и разрыхляет породу, превращая ее в тонкую солончаковую пыль, остаются. В жаркие безветренные дни над солончаками днищ котловин вследствие разницы в нагреве различных элементов поверхности часто возникают мощные турбулентные потоки восходящего воздуха (смерчи). Восходящие потоки и ветер в течение лета могут вынести весь разрыхленный материал. Ежегодное повторение этого процесса приводит к дальнейшему углублению дефляционных впадин, или котловин выдувания.
Локальная дефляция проявляется также в отдельных щелях и бороздах в горных породах (бороздовая дефляция). В трещинах, узких щелях или бороздах сила ветра больше, эффект диффузии, и рыхлый материал выдувается оттуда в первую очередь. В частности с этим видом дефляции связано углубление колеи дорог: в Китае, на сложенных лёссом территориях, на месте дорог образуются узкие каньоны глубиной впервые десятки метров.
Корразия - процесс механического истирания горных пород обломочным материалом, переносимым ветром, заключается в обтачивании, шлифовании, и высверливании горных пород. Песчаные частицы поднимаются ветром на различную высоту, но наибольшая их концентрация в нижних приземных частях воздушного потока (1-2м). Сильные длительно продолжающиеся удары песка о нижние части скальных выступов подтачивают и как бы подрезают их, они становятся тоньше, по сравнению с вышележащими частями.
В слоистых породах истираются и выдуваются в первую очередь более мягкие прослои, в которых образуются ниши; крепкие прослои создают карнизы со слегка закругленными и отполированными краями. Такие формы можно наблюдать в юрских слоистых известняках Чатыр-Дага и в конгломератах горы Демерджи в Крыму, в меловых слоистых песчаниках и глинистых сланцах в Копет-Даге и во многих других местах.
Корразия способствует расширению трещин. Первоначально узкие, еле заметные трещины, расширяясь, часто могут обособлять какой-либо участок породы, сначала придавая им вид призм, а затем округлых столбов. Несомненно, что корразия имела большое значение при окончательном оформлении широко известных уральских камней «братьев» или красноярских столбов.
Сверлящая корразия способствует образованию своеобразных сотовых, или ячеистых форм. Источенные ветром скалы действительно сильно напоминают увеличенные в размерах пчелиные соты, так как вся скала состоит из мелких ниш, часто расширяющихся в глубину.
Как происходит образование подобных форм? Очень часто порода разрыхляется выветриванием более сильно не на самой поверхности, а под нетолстой «защитной» корочкой. Песчаные частицы, ударяясь в такую корочку, где-то, наконец, ее пробивают, из углубления ветер начинает выдувать более мягкий слой, образуя ячейку соты.
Очень интересные формы, известные под названием каменных сундуков, были обнаружены на п-ове Мангышлак. На поверхности скалы, имеющей благодаря трещинам форму куба, образуется твердая корка так называемого пустынного загара, который появляется вследствие испарения влаги, имеющейся в породе и выносящей с собой на поверхность соединения железа, магния, алюминия и кремния. При испарении воды эти соединения вблизи поверхности куба цементируют породу и делают ее очень твердой, а под коркой порода остается слабой, и ветер, проникнув по трещинам внутрь куба, легко ее выдувает, В результате получается пустотелый куб, напоминающий каменный сундук.
По своему происхождению эти формы близки описанным ранее ячеистым, или сотовым, формам.
В пластах со скрыто концентрической текстурой (эффузивные породы, иногда песчаники) ветер способствует созданию шарообразных форм. В массивных трещиноватых породах, удаляя продукты разрушения из трещин и расширяя их, ветер создает формы с крутыми стенками, отвесные обрывы. Примером могут служить торткули (четырехугольные плато, ограниченные обрывами) и чинки (обрывы) среднеазиатских пустынь (Устюрт).
Очень разнообразные формы с нишами и карнизами, а также грибообразные формы образуются при эоловой обработке слоистых пород.
Наиболее причудливые формы микрорельефа возникают в неоднородных по составу породах, например в конгломератах, в мягких песчаниках или мергелях, содержащих твердые кремнистые конкреции, или в вулканических туфах, содержащих вулканические бомбы. В этих случаях образуются столбы, обелиски, пирамиды, формы, напоминающие скульптуры животных и птиц, формы с различными барельефами и т. п. В создании этих форм принимает участие ряд геологических факторов (физическое выветривание и др.), но роль ветра здесь главенствует.[4]
.2 Транспортировка обломочного материала
Транспортировка или перенос материала ветром может осуществляться в следующих формах: перекатыванием, путем скачкообразных движений и во взвешенном состоянии.
Ветер способен переносить обломочный материал - песчинки, пылеватые частицы и даже мелкие камешки путем волочения их по земле или во взвешенном состоянии. На высоте 10 см от поверхности земли ветер при скорости - 4-7 м/сек переносит частицы диаметром до 0,25 мм, при скорости 7-8,5 м/сек - до 0,5 мм, 10-11 м/сек - до 1 мм и, наконец, при скорости 11 -13 м/сек могут быть перенесены частицы с диаметром до 1,5мм.
Ветер переносит обломочный материал на огромные расстояния. Пыль и песок, подхваченные в пустынях Афганистана, переносятся в район Каракумов, пыль пустыни Сахары переносится сильным пассатным ветром в Атлантический океан на расстояние 2000-2500 км. Чернозем, подхваченный ветром 1 мая 1892 г. на Украине, был занесен очень далеко. 2 мая он частично выпал в районе г. Ковно, 3 мая - в Германии, а 4 мая над Петербургом прошел черный грязевой дождь.
Особенно далеко может переноситься пыль, поднявшаяся на большую высоту. Так, например, пепел, выброшенный из вулкана Кракатау в 1883 г., облетел вокруг земного шара и держался в воздухе около трех лет, вызвав при этом в ряде мест розовые зори, красные «кровавые» дожди и т. п. [4]
В наши дни извержение вулкана Эйяфьятлайокудль на юге Исландии началось в ночь на 14 апреля 2010 года, что привело к образованию большого облака пепла. Облако вулканического пепла накрыло сначала Северную, затем частично Западную и Восточную Европу и практически парализовало авиасообщение по всей Европе на несколько дней.
Перекатыванием или скольжением перемещаются крупные зёрна песка, а при штормовых и ураганных ветрах, гальки и щебень.
Путём скачкообразных движений перемещаются зёрна мелко- и среднезернистого песка (размером 0,1-0,5 мм). В процессе сальтации песчаное зерно при порыве ветра отрывается от поверхности, поднимаясь на высоту от одного до нескольких десятков сантиметров, описывает в воздухе параболическую кривую, затем, ударяясь о лежащие на поверхности зёрна, вовлекает их в движение. Фактически движение ветра и переносимых им частиц представляет собой движение ветропесчаного потока. Насыщенность потока песком убывает по мере удаления от поверхности; на высоту более 1м песчаные зёрна поднимаются только при очень сильных ветрах. Важнейшим параметром, определяющим характер ветропесчаного потока, является скорость ветров. Для приведения в движение мелкозернистого сухого песка (с размером частиц 0,1-0,25мм) необходима скорость ветра около 4-5м/сек, для крупнозернистых песков с диаметром частиц 0,5-1мм - 10-11м/сек. Как правило, песчаный материал переносится в пределах пустынь.
Перемещение во взвешенном состоянии характерно для пылеватых частиц. Частицы движутся в воздушном потоке (на высоте до 3-6 км) не опускаясь на поверхность до изменения условий (скорости ветра и пр.). Алевритовый и пелитовый материал при благоприятных условиях (сочетание сухого воздуха аридных областей и сильного ветра) может перемещаться на тысячи километров. Особенно далеко может переноситься пыль, поднятая на большую высоту при извержениях вулканов.[4]
.3 Аккумуляция материала
Состав переносимых ветром частиц бывает очень разнообразен- преобладают кварцевые, полевошпатовые, глинистые, и известковые частицы, могут быть и элементы органического происхождения: пыльца, споры, грибки, бактерии. Подавляющее количество пыли и песка, переносимых ветром, имеет земное происхождение, являясь продуктом разрушения горных пород. Часть пыли имеет вулканическое происхождение (вулканический пепел, песок), часть - космическое (метеоритная пыль).
Переносимая ветром масса пыли и песка рано или поздно выпадает на землю и либо примешивается к образующимся различным образом осадочным породам, либо дает начало особым эоловым отложениям.
Аккумулятивная деятельность ветра заключается в накоплении эоловых отложений, среди которых выделяются два генетических типа - эоловые пески и эоловые лёссы.
Эти отложения в современную эпоху образуются в пустынях и на их периферии, но во время четвертичного оледенения активно формировались и в зоне, обрамлявшей покровные ледники. Эоловые отложения возникают преимущественно в результате ветрового захвата и переноса более древних накоплений (морских, речных, озёрных и др.) или, частичном участии продуктов механического разрушения других пород.
В зависимости от степени и характера эоловой переработки исходного материала, песчаные отложения подразделяются на неперемещенные (перевеянные) и перемещенные (навеянные). Перевеянные отложения залегают в непосредственной близости от пород (песков) за счёт переложения которых накопились, представлены преимущественно песками.
Навеянные отложения лишены пространственной связи с материнскими породами, для них характерно обогащение мелкозернистым материалом, способным перемещаться на большие расстояния, представлены лёссами.
.3.1 Эоловые пески
Эоловые пески это отложения, обладающие рядом специфических особенностей, среди которых необходимо отметить следующие:
-хорошая сортированность зёрен, преобладают частицы размером от 0,1 до 0,25 мм;
-матовая поверхность зёрен, наличие так называемых «пустынного загара» - железистой или марганцевой плёнки на их поверхности;
-наличие в отложениях ветрогранников обломков горных пород двух-, трёх- четырех-гранной формы, возникающие вследствие шлифующего действия песка, переносимого ветром;
-косая слоистость с углами падения слойков около 300;о
-отсутствие фауны и цемента.
Эоловые песчаные отложения часто имеют не параллельное напластование, а косое. Такие отложения называются косослоистыми. Интересно отметить, что по направлению наклона слоев можно определить направление ветра, формировавшего эти слои.
В тех случаях, когда песок или пыль спокойно выпадают из воздуха, они распространяются на земле на довольно большой площади ровным слоем. Скорость накопления отложений различна, при этом существенно.
Следует добавить, что, осаждаясь из воздуха, в том числе вместе с каплями дождя и со снегом, пылеватые частицы примешиваются к морским и континентальным осадкам разного генезиса, не образуя в таких случаях самостоятельных эоловых накоплений.[5]
.3.2 Эоловый лёсс
Эоловый лёсс это отложения, сложенные пылеватыми частицами, обладающие высокой пористостью. Типичный лёсс не имеет слоистости. В отличие от песков лёсс мало сыпуч, в связи, с чем при дефляции и размыве текучими водами в нем образуются овраги с очень крутыми стенками.
Мощность лёссовых толщ колеблется в широких пределах - от нескольких метров до 100 м. Лёссы встречаются в Китае, Средней Азии, в степных районах Украины, в средней части Германии и т. п.
Большие скопления лёсса в этих областях объясняются тем, что материал для его образования выдувался из песчаных и каменистых пустынь, расположенных в определенных широтах, или из отложений, принесенных ледником. Происхождение лёсса точно не установлено. Большинство исследователей приписывает лёссу эоловое происхождение, но есть сторонники и его водного происхождения.
Выделяют следующие характерные особенности лёссов:
-мелкозернистый пылеватый состав. Частицы размером более 0,25 мм отсутствуют или составляют не более 5%;
-высокая пористость - объём пор может достигать 50-55%. Эта особенность определяет способность лёссов обваливаться большими глыбами и просаживаться при увлажнении или под нагрузкой (например, весом построек). Благодаря рыхлости пород они легко разрушаются при дефляции или под действием водных потоков (знаменитая «жёлтая» река - Хуанхэ - имеет специфичный цвет вод за счёт переноса большого объёма лёссового материала);
-залегание в форме плащеобразных покровов;
-отсутствие слоистости и однородность состава;
-наличие в них горизонтов погребенных почв. Изучение особенностей захороненных в толщах лёссов пыльцы и ископаемых моллюсков указывает на их образование в условиях холодного ледникового климата.
Горизонты почв, напортив, содержат признаки формирования в более теплых условиях. Эта особенность позволила определить, что значительная часть лёссов возникла в ледниковые эпохи в приледниковых зонах (захороненные в них почвы - в период межледниковый).[5]
.3.3 Формы рельефа эоловой аккумуляции
Ветер очень часто перемещает по земле громадные массы песка, образующие холмы и гряды различной формы, нередко неоднократно им же перестраиваемые. В связи с этим в областях накопления песчаных эоловых отложений почти невозможно найти совершенно ровную поверхность.
Основной причиной этого является то, что ветер никогда не является равномерно движущимся потоком воздуха, а всегда состоит из множества вихрей с горизонтальными и вертикальными осями, то возникающих, то исчезающих и двигающихся на разной высоте. Особенно сложна система вихрей в нижней части воздушного потока, где он соприкасается с неровностями поверхности земли. Ветер обычно дует порывами, то усиливаясь, то ослабевая, подхватывая песок и осаждая его обратно на землю. При этом на поверхности движущегося слоя песка создаются мелкие неровности, которые вместе с первичными неровностями земли превращаются в препятствия, задерживающие часть песка. Образуется подобие застоя и сугробов, возникающих зимой на снежном покрове. При благоприятных условиях эти зачаточные формы песчаного эолового рельефа разрастаются в передвигаемые ветром или неподвижные песчаные холмы, иногда достигающие очень крупных размеров.
Основными простейшими формами песчаных эоловых скоплений являются холмы, или бугры, часто именуемые дюнами, барханами и грядообразными валами.
Рис 6. Основные формы рельефа песков, связанные с режимом ветров (Федровович, 1983)[5]барханные пески пустынь. А: пассатный тип (при ветрах одного или близких направлений):
- песчаный щит; 2 - то же, с воронкой (эмбриональный бархан); 3 - серповидный симметричный бархан; 4 - несимметричный бархан; 5 - продольные ветру барханные гряды; 6 - комплексные продольные барханные гряды ("китовые спины");
Б - муссонно-бризный тип (при ветрах противоположных направлений):
- групповые барханы; 8 - простые барханные цепи; 9 - комплексные барханы и барханные цепи;
В - конвекционный и интерференционный типы (при системе равномерных ветров и при ветрах поперечных направлений):
- циркульные барханы; 11 - то же, пирамидальные; 12 - то же, скрещенные комплексные.полузаросшие пески пустынь. А: 13 - прикустовые косички; 14 - мелкие грядки; 15 - грядовые пески; 16 - грядово-крупногрядовые пески;
Б: 17 - грядово-лунковые пески; 18 - лунковые пески; 19 - граблевидные поперечные гряды; 20 - поперечные гряды;
В: 21 - ячеистые пески; 22 - крупноячеистые пески; 23 - пирамидальные пески; 24 - решетчатые гряды.дюнные внепустынные пески. А: 25 - прибрежные валы; 26 - параболические дюны; 27 - шпильковидные дюны; 28 - парные продольные дюны; 29 - комплексные параболические дюны;
Б: 30 - полукруглые мелкие дюны; 31 - то же, крупные; 32 - полукруглые комплексные дюны; В: 33 - мелкие кольцевидные дюны; 34 -то же, крупные; 35 -комплексные циркульные дюны. Стрелками показаны преобладающие направления ветров.
Дюна - это удлиненный асимметричный холм с более или менее округлой вершиной. Склон холма, обращенный к ветру (наветренный), более полог (5-12°), противоположный склон (подветренный) соответствует углу естественного откоса, равному для песков 30-35°. Высота дюн очень различна - обычно от 5 до 30 м, но известны дюны-гиганты, достигающие в высоту свыше 100 м. В Тунисе встречена дюна высотой 200 м, а р Сахаре- даже 500 м
Рис. 7. Дюны.[5]
Некоторые ученые считают, что дюны могут образовываться на любой площади развития обнаженных песков, другие же применяют термин «дюна» только к отложениям побережий морей, озер, рек. Часто дюны располагаются параллельными рядами, ориентированными перпендикулярно к направлению господствующего ветра.
Во многих областях Европы с песчаным покровом широко распространены древние дюны, уже не перерабатываемые ветрами и заросшие сосновыми лесами (Припятское Полесье, Мешерская низина к востоку от Москвы и т. п.). Это свидетельство иного климата в недавнем геологическом прошлом, когда пески не были закреплены растительностью и интенсивно передвигались ветром.
Бархан - характерная форма пустыни - представляет собой холм, имеющий в плане форму полумесяца, рога которого обращены по направлению движения ветра. Наветренный склон бархана более пологий (10-15°) и длинный, подветренный - крутой, гребень обычно острый. Песчаные струи, гонимые ветром, взбегают на этот холм, увеличивая высоту, и обтекают его по сторонам, удлиняя рога. Между вершинами рогов происходит завихрение воздуха, способствующее образованию выемки и определяющее крутизну подветренного склона. Высота барханов обычно от 1 до 15 м, но местами, например в Ливийской пустыне, доходит до 30 м и более.
Движение песка по профилю бархана в разных его частях неодинаково. На нём можно выделить три следующие зоны:
. Зона развевания, или дефляции, которая характеризуется процессами отрыва зёрен от поверхности песка при отсутствии их привноса. Здесь имеет место вынос зёрен песка с поверхности.
. Зона переноса и обмена. При незначительной скорости ветра происходит интенсивное перемещение из зоны дефляции ряби; при сильных ветрах - в момент удара струйки ветропесчаного потока о поверхность подветренного склона происходит перераспределение песка по крупности (более крупный оседает на склоне, лёгкий - приносимый или оторванный при соударении - вовлекается в дальнейшее движение).
. Зона аккумуляции, где происходит накопление песка, перенесенного из зоны дефляции.
Рис. 9. Продольный профиль бархана.[5]
- зона выноса, 2 - зона переноса, 3 - зона накопления, 4 - нейтральная зона, 5 - наветренный склон, 6 - склон осыпания, 7 - гребень, 8 - высота бархана, 9 - путь предельного насыщения ветропесчаного потока песком.
Характерной особенностью бархана является образование вихря за гребнем цепи (в «ветровой тени»), приводящим к возникновению потока воздуха, обратного направлению ветра. Песок, сносимый ветром с гребня бархана или осыпающийся при достижении рябью гребня, попадает в этот вихрь и осаждается на склоне. Наличие указанной аэродинамической особенности определяет асимметричное строение бархана и его устойчивость.
Барханы так же, как и дюны, бывают одиночные и грядовые. Первые возникают обычно в условиях недостатка песка и на твердом основании (например, среди глинистых пустынь). В таких же условиях образуются иногда продольные (по отношению к ветру) цепочки барханов.
Наиболее распространенной формой являются поперечные по отношению к ветру барханные цепи, в которых рога отдельных барханов соприкасаются друг с другом, образуя цепочку. Таких сближенных цепочек может быть несколько и в целом они составляют барханную гряду. Наблюдения с самолета в среднеазиатских пустынях показали, что так же, как отдельный бархан, гряда имеет серповидную форму, выпуклость гряды обращена в сторону господствующего ветра. Длина барханной гряды обычно 3 - 5 км, но известны гряды и в 20 км при ширине до 1 км. Расстояние между грядами от 1,5 до 2 км, а высота их достигает 100 м. Каждая гряда состоит из многих сотен отдельных барханов.
Грядообразные валы - это длинные симметричные песчаные валы с пологими склонами, вытянутые в направлении движения ветра. Высота их от 15 до 30 м; в Сахаре высота некоторых гряд достигает 200 м.
Грядообразные валы в песчаных пустынях образуют целые системы параллельно вытянутых гряд, тянущихся на десятки и сотни километров и отделенных друг от друга ложбинами. Такие грядовые пески покрывают многие тысячи квадратных километров в Каракумах, Кызылкумах, в пустыне Муканкум в Западном Китае и т. д.
Помимо описанных выше форм эоловых накоплений, следует упомянуть так называемые кучевые пески. Они представляют собой песчаные холмы, образовавшиеся вблизи каких-либо преград, чаще всего вблизи кустиков растений. Форма их округлая, наветренный и подветренный склоны отличаются меньше, чем у дюн, закономерность в расположении отсутствует. Высота их различна - от 1 до 10 м и зависит часто от характера и размеров преграды.
Эоловая рябь наблюдается на поверхности всех отмеченных форм, а часто и на выровненных участках песков. Это мелкие валики, образующие также серповидно-изогнутые цепочки, напоминающие мелкую рябь от ветра на воде.
Рис. 10. Эоловая рябь. [5]
Песчаные формы рельефа получают развитие не только в области пустынь и полупустынь, но и во внепустынных областях - прибрежных зонах океанов, морей, крупных озёр, долинах рек со слабым развитием растительности, на приледниковых равнинах, где также широко распространены рыхлые песчаные отложения.
В пределах таких ландшафтов развиты дюны - подвижные аккумулятивно-дефляционные песчаные форма рельефа внепустынных областей. В отличие от развитых в пустынях барханов, у дюн «рога» расположены на наветренной стороне. Пологий склон обращён навстречу ветру и имеет угол наклона 8-20°, заветренный 30-40°. Дюны могут перемещаться в направлении господствующего ветра со скоростью до 10 м в год, в зависимости от массы песка и скорости ветра. Эволюция дюн, при господстве одного или близких направлений ветров, выражается в постепенном переходе от приморских или прирусловых дюнных валов поперечных ветру, в дугообразные, параболические и шпильковидные формы. Такая морфологическая эволюция определяется неравномерностью движения песка в её составе: наиболее активно перемещается центральная часть, в то время как увлажненные и закрепленные растительностью краевые части движутся медленнее (что и определяет обращенность «рогов» в сторону ветра). В районах с конвекционным режимом ветров развиваются округлые валообразные дюны с развеванием из центра к периферии.
Под влиянием ветра эоловые формы способны перемещаться за счет сдувания частиц с наветренного склона и накопления их на подветренном склоне. Скорость перемещения дюн и барханов определяется сантиметрами или метрами в год.
Известен случай погребения под движущимся песком здания Кунценской церкви в Прибалтике, расположенной на берегу Куришгафа. В начале XIX в. невдалеке от церкви располагалась песчаная дюна. В 1839 г. дюна переместилась и полностью покрыла здание церкви. Через 30 лет было отмечено освобождение развалин церкви из-под покрова песка, т. е. дюна опять сместилась.[4]
Менее распространены корразийные формы эолового рельефа, возникающие под воздействием динамических ударов ветра и, особенно, под действием ударов мелких частиц, переносимых ветром в ветропесчаном потоке. Ветропесчаный поток движется в приземном слое (до высоты 1,5 - 2 м), поэтому наиболее, активно вырабатываются нижние части стоящих на пути ветра препятствий, что приводит к образованию характерных эоловых грибов и карнизов. При попадании твёрдых песчинок в полости и трещины пород происходит их расширение с образованием ниш и пещер.
Важным фактором, определяющим особенности корразийного рельефа, является и различие в прочности пород, приводящее к неравномерному их разрушению и образованию причудливых форм. Сочетание указанных факторов иногда приводит к образованию эоловых городов - участки пустыни с многочисленными останцами горных пород, которые благодаря интенсивному физическому выветриванию и механическому воздействию переносимого ветром песка приобретают причудливые формы.
Рис. 10. Результат эоловой работы ветра.[5]
3. Типы пустынь
Геологическая работа ветра наиболее отчетливо во всем своем многообразии проявляется в пустынях, распространенных на всех континентах в тропиках, субтропиках и южной части умеренных поясов. Недаром пустыню называют царством ветра. Б. А. Федорович определяет пустыню как область, где «выпадает осадков меньше 200 мм, где воздух сух и в среднем имеет меньше 35% относительной влажности». Пустыни, это области с резкими колебаниями суточной и годовой температуры. Недостаточная влажность обусловливает слабое развитие растительности, чем объясняется непосредственное соприкосновение на больших пространствах горных пород с атмосферой.
Формирование и развитие пустынь подчинено, прежде всего, неравномерности в распределении на Земле тепла и влаги, зональности географической оболочки нашей планеты. Зональное распределение температур и атмосферного давления определяет специфику ветров, общую циркуляцию атмосферы. Над экватором, где происходит наибольший нагрев суши и водной поверхности, господствуют восходящие движения воздуха. Здесь образуется область штилей и слабых переменных ветров. Теплый воздух, поднявшийся над экватором, несколько охлаждаясь, теряет большое количество влаги, выпадающей в виде тропических ливней. Затем в верхних слоях атмосферы воздух стекает на север и юг, в сторону тропиков. Поэтому облачность в этих поясах очень не значительна, а приток солнечной радиации наибольший.
Таким образом, характер общей циркуляции атмосферы, обусловлен планетарными особенностями, а местные географические условия создают своеобразную климатическую обстановку, формирующую к северу и югу от экватора, между 10 и 45° широт, зону пустынь. Если бы суша покрывала всю поверхность планеты и не было океанов и высоких горных поднятий, пояс пустынь был бы сплошным и границы его точно совпадали бы с определенной параллелью. Но так как суша занимает меньше 1/3 площади земного шара, распределение пустынь и их размеры зависят от конфигурации, величины и устройства поверхности континентов суши, материковым или приокеаническим положением местности.
Все отмеченные основные особенности климата пустынь благоприятствуют развитию здесь эоловых геологических процессов.
Резкие колебания температур создают в пустынях условия для возникновения постоянных или периодических сильных ветров. В среднеазиатских пустынях свирепствует афганец - ветер, дующий с юга, из Афганистана. Он возникает 40-70 раз в год и длится от двух до четырех суток подряд. В пустынях Африки широко известен «огненный ветер» - самум, дующий всего 15-20 минут, но с огромной разрушительной силой. Он производит огромную геологическую работу и уничтожает все живое (недаром слово «самум» означает яд).
В Сахаре известен и другой ветер - хамсин (что значит пятьдесят), который в течение первых 50 дней после весеннего равноденствия дует многократно по трое суток подряд.
По преобладанию того или иного типа эоловой геологической работы пустыни можно разделить на дефляционные и аккумулятивные. К числу первых относятся каменистые пустыни - гаммады. В них чередуются участки голых остроугольных скал, имеющих часто очень причудливые очертания в виде башен, сфинксов, обелисков, с участками, заваленными щебнем и глыбами. Мелкообломочного материала - песка и глины - здесь нет, так как он весь выдут ветром. Цвет всех обломков, независимо от состава и первоначальной окраски пород, обычно черный, так как все обломки покрыты коркой пустынного загара. Этот тип пустыни прекрасно был описан В. А. Обручевым в Центральной Азии.
Аккумулятивные пустыни по типу слагающего их материала подразделяются на песчаные, глинистые (такыры), лёссовые (адыры) и солончаковые (шоры).
Песчаные пустыни наиболее распространены, составляют почти 1/3 всех пустынных пространств. Такое преобладание песчаных пустынь объясняется большой устойчивостью кварца, из которого состоят песчинки. В песчаных пустынях особенно хорошо выражены все те бугристые и грядовые формы, о которых говорилось выше. Беспорядочное на первый взгляд расположение песчаных форм в пустыне подчинено определенным закономерностям. Гряды располагаются перпендикулярно, чаще параллельно господствующему направлению ветра и напоминают застывшие волны океана. Ветер в такой пустыне полноправный хозяин, он создает формы микрорельефа, перемещает холмы и гряды.
Пески аккумулятивной пустыни движутся, и если человек активно не вмешивается в геологические процессы в пустынях, то площади песков могут расширяться, наступая на прилежащие культурные земли.
Такыры, или глинистые пустыни, располагаются по краям или внутри песчаных пустынь. Глинистые частицы, принесенные иногда из соседних с пустыней областей ветром, а чаще водой во время паводков, быстро уплотняются. Выпадающая на поверхность такыра дождевая вода не проникает в глубину, она скапливается, образуя обширные, но очень мелкие временные озера. Поверхностный слой глины на дне такого озера сильно разбухает. Озеро в условиях засушливого климата быстро исчезает, обнажившаяся разбухшая поверхность такыра теряет воду, высыхает и при этом сокращается в объеме, в связи с чем образуются многочисленные трещинки высыхания, разбивающие поверхность такыра на многоугольники. Трещины эти часто забиваются песком или пылью, но на гладкой поверхности такыра ветер обычно не дает скапливаться песку, сдувая его. Вот почему даже среди песчаных пустынь такыры хорошо сохраняются.
Шоры, или солончаковые пустыни, - наиболее безжизненный вид пустыни. Поверхность такой пустыни покрыта корочкой соли, или вытянутой вместе с испаряющейся водой из глубины, или оставшейся на месте высохшего или периодически высыхающего озера. Примером подобных пустынь являются Сарыкамышские озера, шоры Урало-Эмбенской области и др. Роль ветра в этих пустынях сводится к выдуванию солей и пыли с поверхности шора. Особенно интенсивно это происходит, если корочка проламывается и обнажается соль, смешанная с глиной. Очень часто поверхность шора бывает разбита глубокими длинными трещинами.
Адыры или лёссовые пустыни, покрыты лёссом или суглинками, выдуваемыми из каменистых пустынь или намытыми водой из прилежащих к пустыне гор, и чаще всего располагаются по периферии пустынь. Примером адыров могут служить полупустынные предгорья Средней Азии в Гиссарской и Ферганской долинах и др.
Воды, стекающие во время весеннего снеготаяния и дождливых сезонов по поверхности адыров, обычно расчленяют ее густой системой ветвистых оврагов, так что рельеф чаще всего неровный.
Пустыни этого типа при использовании искусственного орошения могут быть превращены в очень плодородные земли.
Этот неполный перечень типов пустынь, свидетельствующий о большом их разнообразии, должен быть дополнен эоловыми формами, имеющимися на берегах ряда больших рек, а особенно на побережьях озер, морей и океанов, где площадь незакрепленных песчаных пляжей иногда очень велика.
Заключение
Геологическая работа ветра в основном вредна для человечества, так как в результате ее деятельности уничтожаются плодородные земли, разрушаются сооружения, нарушаются транспортные коммуникации и средства связи.
Существует предположение, что значительная часть Ливийской пустыни во времена расцвета египетской культуры, 5-7 тысячелетий тому назад, была плодородной частью страны. Пески пустыни появились здесь позднее. В Средней Азии на берегу Аму-Дарьи был город Турт-Куль. Аму-Дарья настолько сильно подмывала берега и ежегодно уничтожала улицу за улицей, что борьба с этим бедствием оказалась нерентабельной. Люди ушли из города, прекратив борьбу с силами природы, и уже через год значительная часть построек оказалась засыпана песками Кызылкумов, наступавшими с севера. Древнеегипетские города с их дворцами и храмами (Луксор, Карнак и др.) в настоящее время обнажаются из-под многометровых песчаных наносов. Правда, в данном случае геологическая работа ветра в некотором отношении принесла и пользу, способствуя сохранению этих памятников: если бы они не были засыпаны песком, физическое выветривание, дефляция и другие причины разрушили бы их много раньше.
Дефляция и корразия портят сооружения человека. В постройках, расположенных по окраинам пустынь, быстро мутнеют стекла, дома покрываются царапинами. Следы корразии отчетливо запечатлелись на изуродованном лице знаменитого египетского сфинкса, сооруженного в Фивах, вблизи пирамиды Хеопса. Все железные и шоссейные дороги, проходящие через области развеваемых песков, подвергаются постоянной угрозе быть засыпанными песком. Разрушается даже телефонная связь - в Нижнем Поволжье иногда наблюдались телефонные столбы, висящие на проводах, а другие, засыпанные песком доверху, что связано с перемещением дюн.
Борьба с последствиями эоловой деятельности часто бывает очень трудоемкой и дорогостоящей.
Выделяют два вида борьбы: пассивную и активную. К первой относятся меры, направленные к закреплению песчаных полей, подвергающихся развеванию. Для прекращения движения дюн и барханов их засаживают растениями, корни которых скрепляют песок, а кроны гасят у поверхности ветровую энергию, дюна или бархан оказываются закрепленными или «мертвыми». Так были остановлены гигантские дюны на берегу Финского залива у г. Сестрорецка, угрожавшие постройкам человека. В тех случаях, когда нельзя закрепить эоловые формы насаждением растений, их перекрывают ветками растений, плетнями, камнями и т. п., однако это лишь временные меры борьбы.
Активными мерами является управление ветровой энергией. Создаются преграды, ослабляющие силу ветра или изменяющие направление переноса ветром разрыхленного материала: сооружаются плетни, щитки, заборы вдоль дорог или вблизи зданий, производится посадка деревьев и кустов. В Советском Союзе широко практиковались посадки полезащитных лесных полос, расположенных перпендикулярно господствующему движению ветра. Эти полосы оказались очень эффективной мерой по борьбе с суховеями, черными бурями на юге Европейской части нашей страны. Полезащитные полосы не только задерживают массы грунта, переносимые ветром, но и уменьшают силу ветра и его разрушительное воздействие на грунт. Например, в Приазовье, на полях, не огражденных лесными полосами, еще в 1949 г. ветер достигал 20 - 22м/сек. После создания комплекса полезащитных мероприятий такие ветры были значительно ослаблены.
Список используемой литературы
1. Воробьев В.И. Синоптическая метеорология Гидрометеоиздат Л. 1991
. Короновский Н.В., Якушова А.Ф. Основы геологии. М. Высшая школа, 1991
. Матвеев Л.Т. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы Гидрометеоиздат Л. 1965.