Тема 5

Елементи геоморфології

 

5.1. Загальні відомості про геоморфологію

Геоморфологія — це геолого-географічна наука про форми земної поверхні. Об'єктом її вивчення є рельєф, його походження, вік, зовнішній вигляд, історія розвитку й закономірності географічного поширення.

Під рельєфом розуміють сукупність всіх нерівностей суші, дна океанів і морів. Формування рельєфу пов'язують із тривалим впливом на земну поверхню ендо- і екзогенних геологічних процесів (сейсмічних, вулканічних, ерозійних, вітрових та ін.). Важливу роль відіграють і техногенні фактори (інженерно-будівельні, гірничо-експлуатаційні і ін.).

Геоморфологія містить у собі кілька розділів: структурну геоморфологію, яка вивчає зв'язки рельєфу з геологічною будовою й тектонічними структурами, динамічну геоморфологію, присвячену вивченню рельєфотворчих процесів, кліматичну геоморфологію – вивчення впливу клімату на розвиток рельєфу, палеогеоморфологію – про рельєф минулих геологічних епох та ін.

Як самостійна область знань геоморфологія сформувалася наприкінці XIX – початку XX ст.

Геоморфологія має не тільки велике теоретичне, але й практичне значення. Як один з компонентів геологічного середовища рельєф впливає на інженерно-геологічні умови району будівництва. При проектуванні й будівництві будь-яких інженерних споруд, особливо таких, як значної довжини автомобільні дороги й залізниці, греблі, судноплавні канали і т. ін., геоморфологічні особливості території передбачуваного будівництва вимагають детального вивчення.

 

5.2. Походження форм рельєфу

Рельєф, як ми вже відзначали вище, являє собою сукупність форм земної поверхні, різних за походженням, розмірами та будовою.

Залежно від переваги найбільш активного фактора рельєфотворення в даних природних умовах формуються ендогенні або екзогенні форми рельєфу.

Ендогенний рельєф, тобто рельєф, пов'язаний із внутрішніми силами Землі, включає:

—     структурно-тектонічні форми рельєфу (материки, западини океанів, гірські хребти й гори, плато, грабени, горсти та ін);

—     вулканічні форми рельєфу (вулкани, кратери, кальдери, лавові покриви й потоки, грязьові вулкани та ін.).

Будь-яка форма ендогенного рельєфу постійно зазнає впливу екзогенних (зовнішніх) сил. Екзогенні (зовнішні) сили, обумовлені енергією сонячного випромінювання, гравітаційною силою, життєдіяльністю організмів і техногенною діяльністю людини, самі створюють досить різноманітні форми рельєфу, названі екзогенними. У сполученні з ендогенними процесами вони й формують рельєф Землі.

Розрізняють наступні види й форми екзогенного рельєфу:

—                флювіальний — обумовлений діяльністю поверхневих текучих вод (вибоїни, вимоїни, яри, балки, річкові долини, заплави, тераси, дельти, тіснини, каньйони, ущелини та ін.);

—                гравітаційний, пов'язаний з дією сили ваги на схилах (зсуви, обвали, осипи, зсувні цирки та ін.);

—                льодовиковий і нівальний, обумовлений діяльністю льоду й снігу (гірські льодовики, фірнові мульди, троги, снігові лавини, «баранячі лоби»та ін.);

—                флювіо-гляціальний (водно-льодовиковий), пов'язаний з відкладами, утвореними потоками талих льодовикових вод (морени, ози, зандри, ками, друмліни та ін.);

—                рельєф берегової зони морів і озер (коси, фіорди, лимани, вали та ін.);

—                суфозійно-карстовий, обумовленим розвитком процесів суфозії й карсту (провальні лійки, улоговини, печери, гроти, суфозійні лійки, кари та ін.);

—                кріогенний, розвинутий у районах багаторічної мерзлоти (бугри здіймання, термокарстові лійки, соліфлюкційні балки та ін.);

—                еоловий (вітровий) — бархани, дюни, останці, улоговини видування, піщані гряди, барханні ланцюги та ін.;

—                біогенний, обумовлений діяльністю тварин і рослин (коралові рифи, атоли, термітники, торф'яні бугри та ін.);

—                антропогенний (техногенний) рельєф, створений у процесі виробничої й господарської діяльності людини (насипи, виїмки, кургани — штучні пагорби, терикони — відвали шахтних порід, чаші водоймищ та ін.).

За характером утворення всі екзогенні форми рельєфу поділяють на ерозійні й акумулятивні. До ерозійного відносять форми рельєфу, утворені в результаті руйнування гірських порід, постійним або тимчасовим водним потоком (річкові долини, яри й ін.), видуванням піщаних часток (улоговини видування, останці) та ін.

Акумулятивні форми рельєфу утворюються при накопиченні продуктів руйнування гірських порід водним, вітровим або іншим способами (заплави, річкові тераси, бархани, дюни та ін.).

 

5.3. Морфологія й морфометрія рельєфу

Рельєф будь-якої ділянки місцевості складається з окремих форм, різних за своїм зовнішнім виглядом (морфології) та розмірами (морфометрії). На топографічних картах морфологічні й морфометричні особливості рельєфу виражають за допомогою горизонталей, тобто ліній, що з'єднують точки місцевості з однією й тією ж висотою щодо рівня моря. Залежно від масштабу карт перетин горизонталей, тобто різниця висот суміжних горизонталей, може коливатися від 1 до 10 м і більше. За допомогою горизонталей судять про обриси форм рельєфу, крутості їхніх схилів і висоті.

Форми рельєфу складаються з найпростіших складових частин (елементів): граней — поверхонь схилів, ребер — ліній зчленування граней, ліній вододілів, тальвегів, вигинів і брівок і точок, що характеризують місця перетинання ліній (вершини, перевали й сідловини, западини) (рис. 5.1).

За зовнішніми (морфологічними) ознаками всі форми рельєфу поділяються на позитивні й негативні, замкнуті й незамкнуті, складні й прості.

До позитивних (опуклих стосовно горизонту) відносять гірські хребти, гори, пагорби та ін., до негативних (увігнутих) — річкові долини, яри, улоговини та ін.

Замкнуті форми рельєфу обмежені з усіх боків схилами (пагорби, гори, лійки та ін.). Незамкнуті форми позбавлені схилів з однієї або із двох сторін (яр, конус виносу та ін.).

Прості форми рельєфу включають тільки одну форму, на відміну від складних, що складаються з ряду простих форм (наприклад, гірський хребет,).

Згідно морфометричної класифікації всі форми рельєфу залежно від їхніх розмірів поділяють на різні групи від дрібних (знаки брижі на річковому піску) до найбільших (материки й океанічні западини).

При інженерно-геологічних вишукуваннях для будівництва значну увагу приділяють вивченню особливостей макро- та мезорельєфу, а також мікрорельєфу.

 

Рис. 5.1. Основні елементи рельєфу (за Ю.К. Єфремовим):1 – вершини; 2 – сідловини (перевали); 3 – лінії вододілів; 4 – лінії тальвегів; 5 – лінії брівок; 6 – лінії підошви скилів; 7 –  ребра

 

Макрорельєф – великі (макро-) форми рельєфу, горизонтальні розміри яких досягають сотень і тисяч квадратних кілометрів, а вертикальні – десятків, сотень і навіть тисяч метрів (гірські хребти, річкові долини, западини та ін.).

Залежно від висоти над рівнем моря й відносної висоти окремих елементів форм рельєфу, макрорельєф ділиться на наступні типи: гірський, пагорбистий і рівнинний.

Гірський рельєф являє собою чергування гірських хребтів, гір, плоскогір'їв, сопок та інших височин з негативними формами – долинами, западинами, улоговинами, ущелинами та ін.

За зовнішнім виглядом, висотою, глибиною розчленовування й крутістю схилу гори діляться на три типи: низькі гори з абсолютними висотами від 200 до 800 м, середньовисотні – 800 – 2000 м і високі –  більше 2000 м. Для низьких гір характерні округлі форми рельєфу, середньовисотних – як округлі, так і кутасті, іноді з гострими вершинами. Високі гори мають вузькі гребені, вершини яких піднімаються вище снігової лінії. Для високих гір характерні снігові лавини, обвали, селеві потоки й інші природні геологічні процеси.

Пагорбистий рельєф – це перехідний тип між гірським і рівнинним рельєфом. Характерний для льодовикових областей і являє собою чергування пагорбів (куполоподібних височин з відносною висотою до 200 м) і знижених ділянок – улоговин, невеликих долин, балок і ін.

Рівнинний рельєф типовий для великих ділянок суши з невеликими коливаннями висот (не більше 200 м) і переважно плавними переходами від підвищень до знижень. Рівнини суши стосовно рівня моря поділяють на: 1) негативні, розташовані нижче рівня моря (депресії, западини); 2) низовини, що мають абсолютні відмітки поверхні до 200 м; 3) височини - з вімітками 200-500 м і 4) нагір'я, розташовані вище 500 м над рівнем моря.

Формування рівнинного рельєфу відбувається під впливом повільних коливальних рухів земної кори й наступного нівелювання поверхні землі. Вирівнювання (нівелювання) поверхні відбувається при вивітрюванні (руйнуванні) позитивних форм рельєфу, переносі продуктів вивітрювання водою, вітром, силою гравітації, льодом та ін. у знижені ділянки й заповненні ними негативних форм рельєфу (акумуляція). Сукупність процесів руйнування (вивітрювання) гірських порід і їхнього переносу в знижені ділянки рельєфу називається денудацією (від лат. denudatio - оголення).

Відповідно до умов утворення розрізняють денудаційні рівнини, акумулятивні (алювіальні, морські, озерні, льодовикові й ін.), структурні, обумовлені горизонтальним заляганням осадових або магматичних порід, передгірні похилі й інші типи рівнин.

Мезорельєф – середні по величині форми рельєфу, амплітуда висот яких не перевищує декількох десятків метрів. До цього типу рельєфу відносяться пагорби, кургани, долини малих рік, балки, яри, балки й ін.

Мікрорельєф – це дрібні форми рельєфу розмірами до декількох метрів, які можуть бути показані лише на картах масштабу 1:10 000 і крупніше. До мікрорельєфу відносять невеликі карстові лійки, вимоїни, прируслові вали, дрібні бархани, конуси виносу ярів та ін. Мікрорельєф на території проектованого будівництва вимагає уважного вивчення, тому що дозволяє, зокрема, виявити взаємозв'язок між його розвитком і такими несприятливими для будівництва геологічними процесами, як карст, суфозія, просідання та ін.

 

5.4. Значення геоморфології в інженерній геології

Геоморфологічні спостереження є необхідною складовою частиною інженерно-геологічних вишукувань для будівництва. Зокрема, при складанні інженерно-геологічних карт території проектованого будівництва важливим допоміжним матеріалом є геоморфологічні карти, розрізи й схеми.

Геоморфологічні карти й схеми являють собою графічне зображення рельєфу. Вони дають характеристику його основних показників – морфології, морфометрії, генезису (походження), віку та ін. Кожний з виділених типів рельєфу відрізняється специфічними інженерно-геологічними особливостями.

Вивчення форм і типів рельєфу, їхнього поширення й динаміки розвитку дозволяє отримати необхідну інформацію для правильного вибору варіантів розміщення будівельних об'єктів, забезпечення їхньої стійкості й захисту від руйнівних природних процесів.

Особлива увага приділяється вивченню таких форм рельєфу, як річкові долини, тераси, яри, провальні лійки та ін. Їх, як і інші форми рельєфу, вивчають за допомогою великомасштабних топографічних карт і маршрутних спостережень, а також дешифрування аерофото- і космознімків. Наявність тих або інших форм рельєфу визначає, поряд з іншими геологічними факторами, ступінь складності природних умов майданчика або району проектованого будівництва, а отже, обсяги дослідницьких робіт і методику їхнього проведення.

Проектувальник і інженер-будівельник повинні мати досить повне уявлення про геоморфологічні особливості ділянки або району будівництва. У своїй роботі вони, як і інженери-геологи, повинні знати й враховувати:

·   основні форми макро-, мезо- і мікрорельєфу, що впливають на стійкість проектованих споруд, як у процесі будівництва, так і при експлуатації об'єкта;

·   морфологічні й морфометричні характеристики основних геоморфологічних елементів (вододільних поверхонь, терас, схилів, річкових долин, низовин та ін.), характер їхніх обрисів у плані й у розрізі;

·   генезис (походження) і вік основних форм рельєфу (алювіальних, ерозійних, суфозійно-карстових та ін.);

·   динамічність розвитку й стійкість різних форм рельєфу (стійкі, малостійкі, нестійкі).

Необхідно пам'ятати, що рельєф, як один з найбільш динамічних компонентів геологічного середовища, досить чутливий як до природних, так і до техногенних факторів впливу. Під їхнім впливом він може істотно змінюватися як у період будівництва, так і при експлуатації будівельних об'єктів. Все це може викликати непередбачені деформації будівель і споруд та створювати аварійні ситуації.