Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Теоретические исследования процесса эоловой аккумуляции, обусловленой взаимодействием ветропесчаного потока с локальными аномалями электростатического поля Земли

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Теоретические исследования процесса эоловой аккумуляции, обусловленой взаимодействием ветропесчаного потока с локальными аномалями электростатического поля Земли"

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ГЕОГРАФІЇ ПАЗИНИЧ

РГ8 ОД Василь Григорович

2 2 ПАЙ 1395 На правах рукопису

ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ЕОЛОВОЇ АКУМУЛЯЦІЇ, ОБУМОВЛЕНОГО ВЗАЄМОДІЄЮ ВІТРОПІЩАНОГО ПОТОКУ З ЛОКАЛЬНИМИ АНОМАЛІЯМИ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛІ ’

11.00.01 - Фізична географія, геофізика та геохімія ландшафтів

Автореферат дисертації на здобуття ступеня кандидата географічних наук

КИЇВ-1994

Дисертацією є рукопис,

Робота виконана у Київському університеті ім. Т. Шевченка

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор, член . кор. АПН Шищенко Петро Григорович

Офіційні опоненти: доктор географічних нук, старший науковий співробітник Пащенко В. М. доктор геол.-мінералогічних наук, професор Адаменко О.М.

Провідна організація: Інститут геофізики Національної академії ■ наук України, м.Київ. ; - .

Захист відбудеться Об, І р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 016.02.02 Інституту географії НАНУ за ' адресою:252034, Київ, вул.Волдимирська, 44. • . '; - .' '-

, 3 дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту 1 ,

географії НАНУ. 252034, Київ, вул.Володимирська,, 44; ! . ' ..

автореферат розісланий О £. 0^-. > ;

Вчений секретар . „ : " , у .* ::

спеціалізованої вченої ради, 1 : , ' ' і • .

, кандидат географічних наук, у '■ А ^ ... . ■ ■

старший науковий співробітаик . ЩТГ\ . В.І.Передерій ,

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Питання вивчення ролі геопотенційних полів (гравітаційного, магнітного, електростатичного) в розвою ландшафтних процесів відноситься до недостатньо опрацьованого напрямку фізичної географії. Враховуючи те, що ці поля є потенційними 1 можуть як визначати напрямки енерго-масопереносу в ландшафтах вцілому, так і активно змінювати його на локальних ділянках, їх вивчення заслуговує особливої уваги. Опріч теорєпгчного значення вивчення ландшафтоутворюючої ролі геопотенційних полів мас також і велику практичну цінність, що пов"язанно з наявністю великої кількості емпіричних данних, які стверджують зв'язок між ландшафтно-геоморфологічними об'єктами і особливостями глибинної геологічної будови, обгрунтування якого потребує припущення локального впливу геопотенційних полів на дішаміку ландшафтно-геоморфологічних процесів. ,

Мета досліажсіп,. Одним з таких ландшафтно-геоморфологічнпх процесів, з”ясування зв"язків котрого з особливостями глибинної геологічної будови потребує врахування впливу геопотенціальхпсх полів, є явище еолової акумуляції. Дотепер є виявленим, але не витлумачиним її зв"язок з нафтогазоносними структурами, з лінзами підземних вод і з тектонічними порушеннями. Метою досліджень є доведення того, .що в основі механізму її взаємодії з глибинними геологічними утвореннями лежить вплив електростатичні. : сил, що виникають при взаємодії вітропіщаного потоку з локальними анамаліями електростатичного поля Землі, виникне; яких обумовлене електрокінетичними явищами в осадовій товш ОЗ'скг Аослілжень - елементарні еолові акумулятивні ландшафти (ЕЕАЛ), сформовані процесом еолової акумуляції, обумовленої

взаємодією вітропіщаного потоку з локальними аномаліями електростатичного поля Землі. '

Прслмет аосліажєнь - встановлення закономірностей функціональних зв"язків в природних системах "поховані геологічні об'єкти - ланлшафтоутворюючий процес еолової акумуляції -літогенна основа ЕЕАЛ - ЕЕАЛ”.

Відповідно до мети досліджень в роботі вирішувалися такі задачі: 1) встановлення просторових зв'язків ландшафтоутворюючих процесів еолової акумуляції з особливостями глибинної геологічної будови; виділення функціональних зв"язків в геолого-ландпіафтних системах, які обумовлюють локалізацію процесу еолової акумуляції; 2) фізико-математичний аналіз впливу електростатичних сил на динаміку вітропіщаного потоку і на процес еолової акумуляції; 3) •визначення сфер практичного використання результатів досліджень; а - прогноз розвитку ландшафтоутворюючих .процесів еолової акумуляції; б- методика ландшафтно-індикативного аналізу пошуку підземних вод, картографування тектонічних порушень, прогноз локальних нафтогазоносних структур. ’

Метолика аосліажєнь. Методичним підгрунтгям виконаних досліджень є діалектичний підхід до вивчення природних явищ і 'принципи системного аналізу. При вирішенні конкретних задач використовувалися методи фізичного і математичного аналізів. Фактичний матеріал. Основу роботи складають результати польових електрометричних праць виконаних автором в різних регіонах: зоні змішаних лісів (Українське, Білоруське і частково Польське Полісся), долинних ландшафтів лісостепової і степової зон України; зоні напівпустелі (п-ів Мангишлак). Всього електрометричні виміри були виконані більш як на 50 ділянках. Другим джерелом вхідних даних були публікації, які' характеризують зв"язок ландшафтно-

з

геоморфологічного об"єкту досліджень з особливостями глибинної геологічної будови, результати польових і лабораторних робіт, виконаних різними авторами, які описують еолові процеси і електричні явища, що їх супроводжують. ,

Наукова новизна. 1.Теоретично доведено: участь електростатичного поля Землі в лок&лізації процесу еолової акумуляції; вплив електростатичних сил на динаміку вітропіщаного потоку. 2. Експериментально встановлено зв'язок процесу еолової акумуляції з локальними електростатичними аномаліями, тобто доведена реальність існування природних систем "поховані геологічні об'єкти -ландшафте утворюючий процес еолової акумуляції - літогенна основа ЕЕАЛ - ЕЕАД". 3. На підставі результатів аналізу специфіки функціональних зв"язків виділених природних систем запропоновані: методика прогнозу розвою процесу еолової акумуляції і ЕЕАЛ; методика ландшафтно-індикативних досліджень пошуку підземних вод, картографування тектонічних порушень і існуючих в їх можах гідродинамічних умов, а також методика прогнозу локальних нафтогазоносних структур.

Реалізація, впровалзкетш пауксвнх розробок. 1. Результати досліджень використовувалися при проведенні ландшафтно-індикаційних досліджень при пошуках нафтогазоносних структур, які проводилися Київським відділом Інституту геології і розробки паливних корисних копалин (ІГіРПК) на протязі І980-&8 p.p. 2. Продовження вивчення будови електростатичного поля З клі і його зв'язку з різними ладдпгафтшши 1 геологічними утвореннями дозволило опрацювати методику прогнозу покладів вуї. .’воднів в структурах, виявлених геофізичними методами, яка з 1S 3 року має практичне застосування.

Особистий внесок. Весь обсяг польових електрометричних робіт і теоретичного опрацювання їх результатів виконаний безпосередньо автором.

Апробація. Результати праці доповідалися на конференції молодих вчених ІГіРПК /1981/ і Київського університету /1982/: на секції фізичної географії Географічного товариства УРСР /1982/; на секції фізичної географії Московського філіалу Географічного товариства СРСР /1984/. Висновки досліджень викладені в шести звітах по НДР, виконаних в Київському відділі (ІГіРПК) і в Тематичній партії ПО "Білоруснафта". По темі досліджень видано ? публікацій, в тому числі винахід "Спосіб пошуку підземних вод" (а.с. №1010589).

Дисертація налічує 111 сторінок машинописного тексту 1 складається з п'яти розділів, загальної характеристики роботи 1

- висновків. Текст ілюстрований 21 малюнком, налічує 8 таблиць і доповнений трьома додатками. Список літератури налічує 129 наїмеиувань. •

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ , •

Постановка проблеми і шляхи В вирішення. Впровадженням в практику геолого-геофізнчних досліджень матеріалів аерокосмічних ’зйомок розвинуло напрямок, пов"язаний з використанням дистанційних, ландшафтно-індикаційних методів /Востокова,1980/. Його особливістю є використання даних ланд шафтних, геоморфологічних 1 геологічних (поверхневі відклади) досліджень для прогнозування елементів глибинної геологічної будови. Під час цих досліджень було нагромаджено велику кількість фактичного матеріалу, який характеризує зв"язок сучасної поверхні Землі з глибинною геологічною будовою. Причому наявність зв"язку на локальному рівні має практичний і теоретичний інтерес, бо, як правило, з геологічними сгрук-

турами такого рівня пов'язані поклади корисних копалин /Грілій, 1966/. Теоретичним інтерес в тому, що відкриваються нові можливості для вивчення взаємодії екзогенних і ендогеншіх складових формування ландшафту. Розглянемо це твердження на наступному прикладі. Ще на початку розвитку ландшафтно-індикаційних методів був встановлений зв'язок ерозійних форм рельєфу з тектонічними порушеннями /Гавеман,1940/. Пояснення цього явища було просте і логічне. Утворення ерозійних форм безпосередньо над розломами відбувається через вплив остаїгаіх на динаміку підземних і поверхневих вод. Але задача ускладнилася з початком впровадження ландшафтно-індикаційних методів в практику нафтогазопошукових робіт, коли та ж відповідність між розломами і ландшафтами спостерігалась і при глибші і залягання розломів в сотні і тисячі метрів. Як і перед цим основним теоретичним пидгрунтгям був вплив механічних властивостей осадової товщі на динаміку екзогенних процесів. Ще більш зона ускладнилася, коли був встановлений зв”язок з похованими геологічними об"єктами не тільки деструктивних, але й акумулятивних форм рельефу, зокрема еолових. Спроби пояснити це тільки механічними принципами взаємодії виявилися недостатніми. Були висунуті гіпотези про вплив похованих геологічних об"єктів через геопотеїщійні поля, зокрема гравітаційне / Філософов, 1975/. Автором же розглядається кохлливість дистанційного впливу поховагаїх геологічних об"єктів ;а процес еолової акумуляції через електростатичне поле Землі.

Головною особливістю розвитку процесу еолової агчумуляції і пов"язаішх з нею форм рельєфу є наявність на земі- А поверхні піщаного матеріалу, що разом з кліматичними і метеорологічними чинниками представляють екзогенну складову явища вцілому. З

б

літератури відомо, що еолові явища відносяться до розряду азональних і мають розвиток в усіх фізико-географічних зонах /Щукін, 1974/. Ступінь їх впливу на формування ландшафтів в межах кожної з них визначається такими факторами: тривалість активного (для еолової діяльності) періоду року; кількість . атмосферних опадів; ступінь розвитку грунтів і рослинності; швидкість процесів грунтоутворення.

Опріч того, в якості головного літологічного фактору розвою еолових процесів виступає наявність на земній поверхні незв''язаного піщаного матеріалу, різного походження, що і покладено в основу традиційної класифікації акумулятивних еолових форм рельєфу (АЕФР). Виділяються АЕФР /Щукін, 1974/ морських узбережжів, річкових долин, водно-льодовикової і моренних рівнин т.п. . .

До недавнього часу процес еолової акумуляції відносився до виключно екзогенних явищ. З розвитком струг урної геоморфології було виявлено ряд закономірностей розміщення АЕФР, які ставлять його в

Мол. 1. Схема співвідношення АЕФР з Річнцькою Залежність НЄ ТІЛЬКИ ВІД стр> ктурою (БсларусьЬ екзогенних, але : і

—-----------------------------------—------- ендогенних факторів

1-ізогіпса покрівлі підсалених відхладів;2-зани

рожамім.'З-лииШЮ-ішсмані АЕФР; 4-свеулавших ■■ ■ РельеФ°Утв0Ренн® ---------------!---------:------:----------- /Грідін, 1966/. Були

встановлені зв'язки АЕФР з лінзами підземних вод; з тектонічними

порушеннями /Кошик і ін. 1976/; з синклінальними і ерозійними

зниженнями першого від поверхні водотривкого горизонту; з локальними нафтогазоносними структурами (мал.1.).

Потреба пояснення виявлених закономірностей вимагала кри-точного аналізу традиційних теорій еолоутворешш і розпрацювания нових гіпотез, що враховують як екзогенну, так і ендогенну складові явища, В 60-і роки В.П.Філософовим /1975/ і В.І. Грідіним /1966/ було зроблено припущення про вплив похованих геологічних об "єк-тів на динаміку ландшафтно-геоморфологічних процесів, в тому числі 1 еолових, через гравітаційне поле Землі. Співставлений даних геоморфологічних і гравіметричних робіт, виконаних автором в ряді районів Полісся, не виявило кореляційної залежності між особливостями будови гравітаційного поля і процесом еолової акумуляції. При розрахунках впливу різних чинників на траєкторію переносу піщаних часток вітром було встановлено, що роль гравітаційних аномалій дуже мала і не взмозі привести до зміни динаміки вітропіщаного потоку.

Підтримующи ідею дистанційного впливу, автор зробив припущення, що воно може здійснюватися через електростатичне поле Землі /Пазинич, 1981/. Спонукали до такого припущення наступні факти: 1) Земля як фізичне тіло володіє сильно диференційованим електростатичним полем; 2) перенос еолового матеріалу супроводжується електричними явищами, зокрема електризацією піщинок і електричними розрядами. Наявність 'цих двох чинників

(електричного поля І електричних зарядів) неодмінно пр: водить до

• - • - ' - ^ . • . _ • - .

ситуації, коли в процесі, переносу піску вітром опріч гравітаційних і аеродинамічних сил, виникають 1 електростатичні сили. Пр и цьому в силу неоднорідності будови електростатичного ПОЛЯ ВПЛК ' цих сил є змінним в просторі. В межах аномалій пін матиме ( в залежності від знаку) або більший, або менший рівень.

Для перевірки цього припущення в 1978-83 p.p. були виконані ’ виміри напруженості електростатичного поля в межах АЕФР Полісся, в долинах річок лісостепової і степової зон (p.p. Дніпро, Ворскла, Берестава, Сіверський Донець), на окремих піщаних масивах п-ва Мангишлак, а в 1992 р. на декількох лінійно-пасмових АЕФР Польщі Електрометричними роботами було встановлено,що акумуляція еолового матеріалу прив'язана до локальних аномалій електростатичного поля середньою величиною: для Полісся - -500+-700 в.м.; для долин річок степової і лісостепової зон - -200+-400 в.м. для пів-ва Мангишлак - -ЮСИ--200 в.м. Всього виміри виконані більш ніж на 50

. ' . ' . . і ділянках. ■

. . ■ . . . ■, ¡

Виходячи з виявленої закономірності на попередньому етапі j досліджень як робоча гіпотеза була прийнята наступна модель " взаємодії вітропіщаного потоку з ЛЕА. Під час переносу піску вітром, між його підйомною силою і масою матеріалу, що переноситься встановлюється, обумовлена співвідношеням аеродинамічних 1. гравітаційних сил • динамічна рівновага. При проходженні вітропіщаним потоком локальних аномалій під дією електроста-ілчних сил, що виникають внаслідок взаємодії з ними наелектризованого * піщаного матеріалу, порушується рівновага 1 як наслідок цього частина піску осідає на поверхні. . ' '

Встановлення факту приуроченості процесу еолової акумуляції до локальних електростатичних аномалій поставило на порядок ден- '' ний вирішення наступних питань: 1) виявлення геолого-геоморфоло-і гічних систем, котрими обумовлюється процес еолової акумуляції;

2) аналіз структури і фізико-математичне моделювшшя функціональних зв'язків цих систем. , 7 . ,

При вирішенні цих шгганнь ми спиралися на відомі факти гео-лого-тектонічної обумовленності розміщення АЕФР, а також на фун

даментальні фізичні закони і результати експориментальних робіт, що дозволило звести процес переносу піску вітром до основних фізичних

понять (маса, час, швидкість, сила і іи.) і вже з цих позицій доводити наявність чи відсутність зв"язку між тими чи іншими природними явищами.

Лрпродиі системи "поховані геологічні утворення - процес еолової акумуляції - акумулятивні еолові форми рельєфу". Багатоплановість зв"язків АЕФР з різними за своєю природою і глибиною залягання похованими геологічними утвореннями в значній мірі ускладнює процес їхнього пізнання, оскільки необхідно враховувати не тільки взаємодію вітропіщаного потоку з локальними електростатичними аномаліями, але і залежність останніх від різних геолого-тектонічнйх чинників. Такий підхід передбачає виявлення багаторівневих функціональних гєолого-геоморфологічних систем, структура яких визначається єдиним комплексом і направленністю причинно-наслідкових зв'язків.

При вивченні особливостей будови і розміщення АЕФР першим був встановлений зв"язок з лінзами грунтових вод / Климентьєв, 1954/, які отримали назву "підпіщані". Проведені в першій половині нашого століття дослідження показали, що підпіщані лінзи розповсюджені в усіх кліматичних зонах. Зв'язок АЕФР з лінзами підземних вод дозволяє з початку виділити двохкомпонентну систему "грунтові води - АЕФР". Недоліком цієї системи є те, іц- вона не відтворює динаміку еолових процесів. Для його 'усуненню в склад системи необхідно включити "еолові процеси", так як безпосередньо вони відповідають за акумуляцію піщаного матеріалу, а т? :ож силові фактори впливу поховагапс геологічних утворень на ві -ротщаний

" .■ ' ' 10 і

потік - ЛЕА. Після чого система набуде наступного вигляду "ірунтові води - ЛЕА - еолові процеси".

Можна, зауважити, що і така система не враховує усіх закономірностей, перерахований* п попередньому розділі. В ній відсутні: зв“язок з тектонічнішії’ порушеннями; зв"язок зі

зниженнями водотривкого горизонту і локальними підняттями, тобто не враховані тектонічні фактори. Це зумовлено тим, що вони тільки визначають форму залягання підземних вод /Климентьев, 1954/ і не змінюють принципу функціонування системи в цілому. Вплив локальних піднять опосередковано ще через ряд проміжних ланок: вертикальні рухи, умови тектонічного розтягу, тектонічні порушення і тільки, потім через "грунтові води”. Для врахування цих залежностей необхідно виділити декілька модифікацій основної системи, початковими елементами котрих будуть "тектонічні порушення", "зниження водотривкого горизонту" і "локальні підняття". •

Приведений'Вище склад структурних елементів основної системи є единим для всіх її модифікацій, незалежно від того, з чим по-в"язане формування лінз грунтових вод в кожну з модифікаці. вони входять як складова частина. Для зручності викладення позначимо базову систему індексом "СГ. Одним з г.оловних функціональних зв”язків "СГ є зв"язок між ЛЕА і грунтовими водами. По своїй суті його розкриття рівнозначно відповіді на питання про походження ЛЕА. До його рішення ми підійшли з наступними критеріями: 1) оскільки зв"язок АЕФР з ЛЕА ¡встановлено в районах з різними фізи-когеографічними . умовами, то , їхнє формування мусить бути пов"язано з процесом, що має азональний, глобальний характер; 2) час Існування ЛЕА повинен бути спів став имим з часом формування АЕФР; 3) враховуючи часову дискретність еолових процесів, існування ЛЕА повинно бути безперервним в часі. ' ,

Проведений аналіз показав, що єдиним природним процесом, що відповідає заданим вимогам, є процес формувати лінз грунтових вод з атмосферітх опадів. В загальному вигляді утворення ЛЕА може бути описане наступною схемою. Інфільтрація поверхневих вод в зону аерації супроводжується адсорбцією додатньо зарядженних катіонів металів і водню в шарі грунту. Внаслідок поглинання додатніх зарядів в грунтових водах утворюється надлишок аніонів гідроксильної групи і основ кислот. їх накопичення в лінзах призводить до виникнення ЛЕА. Інтенсивність поглинання додатніх зарядів визначається поглинальною спроможністю грунтів /Добровольський, 1968/, яка для різних грунтів коливається від 10 мг.екв. на 100 грам грунту до 60 мг.екв.

Зв"язок між трьома наступними елементами ”СГ (ЛЕА, еолові процеси, АЕФР) здійснюється через електростатичні сили, що виникають, як вже відзначалося, внаслідок взаємодії наелектризованих під час руху піщинок з ЛЕА. Електричні явища, що супроводжують еолові процеси, відомі з давніх часів. Увагу вчених воїш привернули на початку століття . В 1934 році процес електризації еолового матеріалу отримав назву "автоелектрика" /Віасйп, 1934/. Тоді ж були здійснені спроби визначення величини і знаку заряду піщинок. Було встановлено, що вони електризуються як додатніми, так і від'ємними зарядами. Експериментальними дослідженнями по статичній електризації була визначена Щільність поверхневого заряду кварцу, котра рівнялась 10ІО-іоі2е/см2 / Лєб,1974/. Для розрахунків в подал йому нами прийняте середне значення - ІОН е/см2(в системі СІ 1,6 х 10-4 Кл/м2). Було також виявлено, що при терті однорідною матеріалу зарядження є симетричним, тобто одна половина ел ,ктризується додатнім, а друга половина - під "ємним знаками.

Попередня оцінка механізму впливу електростатичних сил, з ура- хуванням симетричності електризації, дає наступні результати. Притягування до поверхні додатньо заряджених піщинок підсилює їхнє тертя і знижує швидкість переносу, відштовхування від поверхні від"ємно заряджених піщинок призводить до підвищення швидкості їхнього переносу (V). Проаналізуємо, з урахуванням змін швидкостей руху різнозаряджених піщинок, можливі зміни в енергомасопереносі в час проходження ним ЛЕА. В нормальних умовах енергія маси (т) піску (\У) дорівнює (нумерація рівнянь відповідно до дисертації);

4* = -“^ <21)

В межах ЛЕА, в силу диференційованого впливу електростатичних сил, загальна енергія потоку складається з кінетичної енергії різнозаряджених часток: ' .

' <2,а.)

ДеДУ+.;ДУ. відхилення швидкостей переносу додатньо і:від"ємно заряджених ПІЩІШОК. . . , .

Спів ставляючи рівняння 2.1. і 2.2. знаходимо, що для переносу піщаного матеріалу в межах ЛЕА необхідна декілька більша кількість енергії (Д\У), ніж в нормальних умовах: •

■ . . (2.з.)

Але оскільки між кінетичною енергією вітру і масою піщаного матеріалу існують сталі кількісні співвідношення, то відновлення енергетичної рівноваги можливе тільки за рахунок зменшення маси піску: • ■ . •

■ ' • . ■ ■ , , де лш - маса відкладеного матеріалу. ' :

Умовою початку процесу еолової акумуляції е нерівність:

aW>0 (2.5.)

Як випливає з проведеного попереднього аналізу, при проходженні вітропіщаним потоком ДЕА частина його кінетичної енергії витрачається на перенос електричних зарядів, що призводить до порушення динамічної рівноваги і до початку процесу еолової акумуляції.

Взаємодія вітропіщаното потоку з локальнішії

електростатичними аномаліями. Заряд піщинки залежить від її геометричних параметрів і знаходиться за формулою:

q = NS„ (3.23.)

де q - заряд піщинки; N - щільність заряду; Sn - площа піщинки.

З закону Кулона знайдемо величину електростатичних сил (Fe), діючих на піщинку в межах ЛЕА:

F. = ENS. (3.24.) де Е - напруженість електростатичного поля, і створюваних ними прискорень (ät):

а,.=Ш2*- (3.25.)

де ш - маса піщинки.

Взаємодія вітропіщаното потоку з локальними електростатичними аномаліями; Оцінка швидкості еолової акумуляції. Розрахунки швидкостей переносу, заряджених піщинок в межах ЛЕА, показують, що як за абсолютною величиною, так і за відносними показниками відхилення швидкостей переносу заряджених піщинок, в порівнянні з нейтральними, досягає суттєвих показників. Так, наприклад, при напруженості поля -500 в/м для заряджених піщинок перерізом 0.1 мм відносне відхилення швидкості складає 11-28%. При тих же значеннях напруженості для піщинок діаметром 0.2 мм - 814%. Зі зменшенням напруженості поля відмічається закономірне зменшення і ступеню впливу ЛЕА, котрий при напруженості поля -

100 в/м для піщинок діаметром 0.1 мм падає до 2-5% 1 до 2-3% - у піщинок діаметром 0.2 мм. Підстановка результатів розрахунків в рівняння 2.4. дає можливість оцінити кількісно швидкість еолової акумуляції в межах ЛЕА.

Результати розрахунків швидкостей переносу показують, що зміна кінетичної енергії в межах ЛЕА визначається тільки початковою швидкістю відриву і не залежить від швидкості вітру (табліщяі).

Таблиця 1

Зміна кінетичної енергії вітропіпцаного потоку в межах ЛЕА (д

Ьпп(м/с) -Е(я/м} 0.1мм 0.175мм 0.2мм 0.3 мм 0.4мм 0.5мм

0.25 100 0.45 0.16 0.09

200 2.45 1.10 0.80 0.27 0.11 0.09

500 14.45 5.92 4.46 1.51 1.07 0.82

700 22.00 И.50 6.52 3.67 2.28 1.35

0.50 100 0.40 0.30 0.27

200 1.45 0.72 0.57 0.14 0.11 0.05

500 а.93 4.20 3.43 1.64 0.97 0.53

700 14.50 7.00 5.52 3.12 1.96 1.13

1.00 100 0.15 0.15 0.14

200 0.70 0.53 0.46

500 4.04 3.00 2.65

700 8.03 5.30 4.53

1.50 200 0.50 0.40 0.40

500 2.72 1.71 2.26

700 4.98 4.24 4.29

Аналіз залежностей між висотою максимального підйому і зміною кінетичної енергії і інтерполяція проміжних пунктів дозволяє визначити інтенсивність процесу по всій потужності впропіщаного потоку. Дані про швидкість еолової акумуляції дозволяють, з деякою мірою умовності, вирахувати тривалість формування АЕФР. На Поліссі період активної еолової діяльності в основному припадає на літні місяці і триває з травня по вересень включно /Аношко, 1974/. За цей час в межах ЛЕА на один сантиметр її ширини осіда 3033.6 г , еолового матеріалу (303.4 кГ на їм). При інтенсивності аномалії 500 в/м кількість матеріалу зменшується до 2086 грамів.

Для визначення часу утворення АЕФР необхідно об"єм матеріалу, що їх складає розділити на кількість піску, який осідає щорічно. Так, час утворення пасом шириною 50 м і заввишки 5 м при інтенсивності аномалії 500 в/м складає 1000 років і 750 років при інтенсивності аномалії 700 в/м. Час утворення більших пасом (150м х15м) при тих же значеннях напруженості електростатичного поля збільшується до 8000+11000 років.

Подібним чином можливо оцінити і величину річного "приросту" еолових форм, яка за розрахунками складає 2-10 мм. Дискретність еолових процесів дозволяє допустити існування в розрізах АЕФР прошарку, який фіксує кожний період активізації еолової діяльності. Детальне вивчення АЕФР Полісся і інших регіонів показує, що на їх поверхні вище гумусового прошарку, в основі травяної рослинності досить часто зустрічається негумусований прошарок піску, наявність котрого може бути пояснена сучасним еоловим навіюванням. Потужність цього прошарку, за Д.А. Тимофєєвим /1970/ в басейні Амура складає 1-5 см, за даними В.К.Лукашева / 1363/, на Поліссі вона досягає 1.5-2.0 см. Подібні наслідки сучасної еолової діяльності неодноразово спостерігалися автором по всьому Поліссю, у Якщо допустиш, а для цього дають підстави дослідення співвідношення прошарку еолової акумуляції з рослинністю і грунтом, що цей прошарок є річним приростом, то неважко вирахувати час утворення АЕФР. При швидкості 1.5-2.0 см/рік час формування пасма висотою 5 м складає 250-300 років і 500-700 років

- пасма висотою 10 м. Тобто розрахункові дані мають той же порядок, що і встановлені польовими спостереженням. Швидкість річної акумуляції дозволяє оцінити також відомості, вміщені в роботі П.С.Погребняка /1965/, згідно з якими в основі одного з пасом в долині р.Дніпро знаходиться грунт, який датується X ст. по р.х.

Висота форми складає 25 м., з чого випливає, що середня швидкість його росту складала 2.5 см за рік. *

Говорячи про еолову активність за межами гумідних зон, хочемо звернути увагу на результати інструментальних визначень швидкості еолової акумуляції на АЕФР Якутії, відповідно яким за літо 1976 року вона становила 20 см / Афанасьєв, 1977/. Ці, а також інші факти свідчать про те, що сучасна еолова діяльність характерна для усіх регіонів, поверхня яких представлена піщаними відкладами.

Підводячи підсумок викладеному, слід констатувати, що, як випливає з наслідків фізико-математичного моделювання, явище еолоутворення на земній поверхні контролюється особливостями будови електростатичного поля, а через нього б силу наявності функціональних залежностей між ЛЕА і лінзами грунтових вод, і особливостями глибинної геологічної будови.

Динаміка і еволюція природних систем "поховані геологічні утворення - явище еолової акумуляції - АЕФР1 Обгрунтування виділення системи "СІ", зроблене в попередньому розділі, є підставою для аналізу її динаміки і еволюції. Утворення лінз грунтових зод (один з елементів системи "СІ") може бути пов"язане:

з тектонічними порушеннями; синклінальними і ерозійними зниженнями водотривкого горизонту; літолого*фаціальними заміщеннями в водопроникній товщі. Природньо, що в кожному з цих випадків, при збереженні загальних залежностей "СГ, буде створюватися своя просторова і часова структура засадничої геосистеми, що обумовлено залежністю геометричних параметрів ЛЕЛ від форм лінз грунтових вод. Над лінзами, пов"язаними з тектонічними порушеннями, будуть утворюватися лінійно витягнуті ЛЕФР і лінійно-пасмові АЕФР, над сиклінальними і ерозійними зниженнями - ізометричні аномалії і ізометричні АЕФР. Враховуючи

залежність ЛЕА від типу структури-колектора грунтових вод, для зручності подальшого викладення доцільно виділити ряд модифікацій "СІ", які відтворюють різновидності її прояву. Позначимо природні системи, в пидгрунтгі яких лежать: тектонічні порушення - "С1/Г; синклінальні зниження - "С1/2”; ерозійні зниження - "СІ/З".

. Особливість аналізу динаміки і еволюції "СІ" і всіх її модифікацій полягає в тому, що вплив ряду факторів, в основному фізико-географічних, приводить до однакової їх реакції. В той же час вплив геолого-тектонічних чинників у різних модифікаціях викликає різну реакцію. Тому спочатку ми розглянемо на прикладі "СІ” вплив тих факторів, які призводять до однакових наслідків. Динаміка ”С1" визначається циклічністю ряду природних явищ. Як витікає з аналізу її структури, нормальний розвиток, з яким пов'язана еолова акумуляція, забезпечується наступними умовами: 1) наявністю на денній поверхні незв”язаного піщаного матеріалу; 2) вітром, швидкість якого перевищує критичну швидкість відриву піщинок; 3) наявністю АГ \.

Просторова залежність еолових явищ, відображена в їх приуроченості до піщаних поверхонь, фізично пояснюється співвідношенням розмірів часток, які складають поверхню і значеннями найбільш часто повторюваних швидкостей вітру. Періодичність вітрів, швидкість яких вище швидкості відриву, призводить до циклічності еолових процесів. Щорічна тривалість активного періоду складає 2-3 Місяці і визначається, окрім метеорологічних чинників, кліматичними. В осінньо-зимовий період стан, поверхні, перезволоження восеїш і весною, промерзання взимку, припиняє еолову діяльність.

- Прояв кліматичних факторів в еолоівій діяльності призводить до • виникнення фенологічної циклічності еолових явищ і ритмічності еолоутворення. З його сезонністю пов"язане формування паралельної орошаркуватосгі, периклінальне залягання котрої свідчить про

поступове, ритмічне накопичення еолового матеріалу. Але не тільки щорічною циклічністю можуть обумовлюватися перерви в еолоут-воренні. Загально визнаною є думка, що утворення горизонтів викопних грунтів є наслідок розвитку еолових ландшафтів в умовах загального збільшення вологості клімату. Неодноразовість відновлення і припинення еолової акумуляції фіксується кількістю горизонтів викопних грунтів. Виходячи з тривалості утворення грунту ( в гумідних зонах перші сотні років / Добровольський, 1968/, тривалість перерв в еолоутворенні може бути оцінена в сотні і тисячі років. .

Треба відмітити, що поряд з кліматичними осциляціями утворення викопних грунтів для модифікації "С1/Г можливе і під впливом тектонічних сил. Так, якщо колектором грунтових вод є тектонічне порушення, то його колекторські властивості визначаються двома геодинамічними станами - стисненням і розтнжінням. Сприятливим для формування лінз, а також і для ЛЕА є стан розтяжіння. У випадку припинення функціонування систем, в зв'язку з розривом внутрі-шньосистемних зв’язків, в залежності від того в яких умовах (гумідні, аридні) відбувалося формування АЕФР, можливі два варіанти їхнього подальшого розвитку, що пов"язане з співвідношенням швидкостей вітрової ерозії і ірунтоутворення. В умовах гумідного клімату, де швидкість грунтоутворення переважає над швидкістю вітрової ерозії, на поверхні еолових форм почнеться формування грунту, який консервує еолові відклади. При зміні тектонічного режиму і відновленні функціонування систем знову розпочнеться еолова акумуляція і прошарок грунту, що утворився перейде; в стан викопного. В тому випадку, якщо тектонічні рухи призведуть до опускання більш-менш значних територій і їхнього зволоження підземними водами, почнеться зоболочення і утворення торфу. В оста-

нньому випадку внутрішньосисгемні зв”язки не обов'язково будуть розірваними, тобто можуть Існувати і лінзи грунтових вод і ЛЕА, але ендогенні умови будуть несприятливі для розвитку еолоутЕорення.

Випадки^ знаходження торфу в розрізах АЕФР описані H.A. Соколовим / 1885/ і К.К.Марковим / 1955/. Наявність торфу свідчить, що в момент відновлення еолоугворення існували єдині ландшафтно-геоморфологічні умови на всій території, сформовані раніше АЕФР були поховані і відновлення еолової акумуляції на старому місці може бути обумовлене тільки ендогенними чинниками.

Розглядаючи питання про рухомість АЕФР слід повернутися до фактів знаходження в їхніх розрізах викопних грунтів, торфовищ і предметів археології. Відповідно до існуючих уявлень, початок яким, напевно, заклав H.A.Соколов / 1885/ наявність викопних грунтів в розрізах АЕФР сприймається як показник стадійності їхнього переміщення по поверхні. Але логічно було б розглядати наяність викопних грунтів і прошаркуватості не sek показник стадійності переміщення АЕФР по поверхні, а як показчик різної тривалості циклів еолоугворення - від сезонних до вікових. На жаль, деякі дослідники, а серед них є і ті, хто займається питаннями морфоструктурного аналізу (який потребує в якості головної методичної засади признання ведучої ролі тектоніки і нерухомості АЕФР), не помічаючи принциповості питання, стоять на позиціях рухомості АЕФР не тільки пустель, але і гумідних зон.

Повертаючись до проблем динаміки і еволюції геолого-геомор-фологічних систем, зовнішнім проявом яких є АЕФР, можемо зробити наступні висновки; 1) зміна фізико-географічних умов, пов язана • з кліматичними циклами, призводить до кількісних змін в СІ і всіх їх модифікацій,, сезонними ритмами обумовлене утворення паралельної прошаркуватості, а ,з кліматичними

осциляціями - горизонтів викопних грунтів, тобто кліматичні чинники визначають динаміку геосистеми. 2) для модифікацій "0/1", в яких формування лініґшо-пасмових АЕФР обумовлено тріщинігами водами, у випадку зміни тектонічного режиму з розтяжіння на стиснення, можливе, з приводу розриву внутрішньосистемних зв'язків, припинення існування геосистеми; в залежності від того, в яких ландшафтних умовах, що визначають співвідношеїшя між швидкостями вітрової ерозії і грунтоутворення, проходив розвиток АЕФР, можливі еволюційні перетворення системи.

Методика морфоструктурного аналізу акумулятивного солового рельсфу пря пошуках нафтогазоносних структур. Спів ставляючи закономірності будови районів розповсюдження еолового рельєфу з структурою геосистеми "СІ” і всіх її модифікацій, приходимо до висновку, що прогнозовані за даними морфоструктурного аналізу поховані геологічні утворення, в тому числі і нафтогазоносні структури, повинні бути відображені в будові першого від поверхні водотривкого горизонту. Як показує аналіз фізичних умов, що існують в покладах вуглеводів (ВВ), саме їхня наявність значною мірою спряяє відображенню сгруктур-колекторів в будові сучасного рельєфу. Нами в якості рушійної сили росту локальних структур розглядається водонапірна система покладу ВВ. На контакті вода - ВВ (мал.З.) пластовий тиск (Р) знаходиться в прямій залежності від глибини залягання (Н):

<41>

де рі - питома вага води. . '

В склепінні гідростатичний тиск компенсується вагою стовпа ВВ: JPi=P-bi>, (4.2.»

де р2 - питома вага ВВ; h - висота покладу; Рі - тиск в склепінні.

Але В силу ТОГО, ЩО Рі>Р2 тиск в склепінні структури (Рп + Рс) буде вищим, ніж гідростатичний тиск на тому ж самому рівні за її межами, або в стуктурі заповненій водою на величину АР:

¿Р=-уо~~] «-і)

Через покришку, яка в даному випадку виконує роль поршня, тиск передається вище залягаючій осадовій товщі (мал.З). В ідеальних умовах величина деформації осадової товщі повинна бути пропорційна значенню надлишкового тиску:

(4.4.»

де рз - питома вага гірських порід; АЬ - амплітуда деформації.

Ріст локальних структур є причиною локалізації геологічних і гідрогеологічілх процесів (деформація верств, розвиток тріщинуватості,

грязевий і гідровулканізм, обводнення тектонічних порушень / Ходьков, 1962/), а через них і ландшафтно-геоморфологічних (деформація геоморфологічних рівні», карст, суфозія, еолоутвореіпш) процесів.

По відношенню до розвитку досліджуваних геосистем вплив надлишкового тиску на динамічний стан осадової товщі виразиться тим, що над склепінням нафтогазоносних структур виникають умови розтяжіння, що сприяють розкриттю тріщин і розломів різних напрямки}. В свою чергу це призводить до утворення лінз грунтових вод і ЛЕА, а через них і пасмових АЕФР.

покладі вуглеводів

Як показує досвід досліджень, в Прип'ятській западині підняті структури (вали і локальні підняття) в будобі сучасного рельєфу відображені через прямі деформації, ареали лінійно-пасмових АЕФР, просадково-суфозійних западин і гідрографію. Особливо треба звернути увагу на комплексний характер прояву нафтогазоносних струтур в будові поверхні, коли разом з деформацією вони фіксуються і через інші індикатори. Це вказує на те, що в основі механізму передачі інформації від глибини на поверхню лежить тектонічна активність нафтогазоносних структур.

Висновки

На підставі проведеного аналізу емпіричних закономірностей, які характеризують зв”язок процесу еолової акумуляції з ендогенними чинниками, зокрема з тектонічними порушеннями, лінзами грунтових вод і нафтогазоносними структурами, зроблено висновки про існування ландшафтних систем з посиленими геоморфогенними зв'язками.

В результаті виконаних електрометричних робіт встановлено, що процес еолової акумуляції зумовлений наявністю локальних аномалій електростатичного поля Землі. Інтенсивність аномалій в різних регіонах коливається від -100 в/м до -700 в/м. •

С метою отримання кількістної оцінки ступеню впливу різних чинників на вітропіщаний потік була розроблена фізико-математична модель переносу піску вітром, яка дозволила описати параметри , траєкторії окремо взятої пісщинки і динаміку вітропіщаного потоку в цілому. .

Вплив електростатичних аномалій на динаміку вітропіщаного потоку порушує рівновагу між підйомною силою вітру і масою: піщаного матеріалу, виникає дефіцит енергії, величина якого в

залежності від конкретних умов складає 1+10%. Наявність дефіциту енергії зумовлює локалізацію процесу еолової акумуляції в межах електростатичних аномалій.

Порівняльні розрахунки впливу аномалій гравітаційного поля на вітропіщаний потік дали можливість довести, що при реальних величинах гравітаційних аномій, їх вплив на кілька порядків нижчий від впливу електростатичних сил.

Доведення участі електростатичного поля Землі в еоловій акумуляції дозволило обгрунтувати наявність природних ландшафтних систем:, в яких електростатичні сили виступають в ролі зв"язуючої ланки між похованими структурами надр і ландшафтоутворюючими процесами. Врахування залежності формування локальних електростатичних аномалій від літолого-тектонічних і гідродинамічних факторів дозволило виділити ряд модифікацій геосисгем, фкнкціоновання яких призвело до утворення елементарних акумулятивних еолових ландшафтів.

Аналіз динаміки і еволюції виділеігах геосистем, виконаний з урахуваанням впливу природних і антропогенних чинників на складові системи, дозволив встановити, що під впливом ендогенних і екзогенних факторів акумуляція еолового матеріалу може неодноразово припинятися і відновлюватися, що обумовлює динаміку розвитку досліджуваних систем, Тривалість перев, пов'язаних з кліматичними осщіляціями може досягати кількох тисяч років, і призводити в умовах гумідного клімату до утворення горизонтів віпсопних грунтів. При сезонних змінах умов еолоутворення формуються прошарки в будові акумулятивних еолових форм рельєфу.

На підставі наявності функціональних зв'язків між головною та тектонічною підсистемамі, теоретично обуїрунтована можливість

прогнозу похованих структурно-тектонічних утворень. Зокрема це стосується пошуку підземних вод, тектонічних порушень і нафтогазоносних структур. Зроблено і частково обгрунтовано припущення, що поклади нафти чи газу можуть служити енергетичним джерелом локальних тектонічних рухів, що призводить до деформації осадової товщі і локалізації ряду ландшафтоутворюючих процесів, які пов’язані із зміною динаміки поверхневих і підземних вод.

Основні положення дисертації викладені в роботах

1. Геофізика явища еолової акумуляції. Київ, Геопрогноз, 1994, 47с.

2. Структурно-геоморфологическая интерпретация результате-геоморфологических исследований при поисках нефтегазоносных структур в пределах аккумулятивных равнин. - В кн.: Вопросы изучения нефтегазоносности недр. ИГиРГИ. М.; 1982. с.117-122.

3. К вопросу о влиянии электростатических сил на динамику

ландшафтных процессов. - В кн.: Географические основы

рационального природопользования. Киев: Наукова думка.1984. с, 67.

4. Некоторые особенности формирования и размещения аккумулятивных эоловых форм рельефа Полесья. - Физическая география и геоморфология, вып.29. 1983, с.101-106.

5. Методика морфоструктурного анализа акумулятивного эолового рельефа при поисках нефтегазоносных структур. В кн.: Дистанционные методы при нефтегазопоисковых работах. М., Изд-по ИГиРГИ. 1985. с. 11-18.

6. Наука и нсскуство геграфин: спектр взглядов ученых СССР и США. Соавтор раздела "География и глобальные проблемы человечества". Под редакцией В.В.Аненкова, Дж.Д.Демхо. М.; Прогресс, 1989. - с. 165.

7. Способ поиска грунтових вод. А-С.^Ю10589. 1981.

УДК 551,4; 551.311.3. Теоретические исследования процесса эоловой аккумуляции, обусловленой взаимодействием ветропесчаного потока с локальными аномалями электростатического поля Земли. Пазинич В.Г. - Киев: 1994. 107 с.

На основании вияпленной приуроченности процесса эоловой аккумуляции к аномалиям электростатического поля Земли расматривается возможноть участия электростатических сил в формировании аккумуляггивних эоловых форм рельефа, а также анализируется их возможная роль в качестве связующего звена между погребенными геологическими объектами и ландшафтними образованиями.

Theoretic research of the process of aeolian accumulation caused of wind sand current with local abnormalities of electric static field of the Earth. Pazinitch V.G. Kiyiv, 1994, 107 pages.

On the basis of the found localization of the process of aeolian accumulation of electric static field of the Earth we consider the possibility of participating of electric static in forming accumulative aeolian forms of relief and we also analyze their possible role as uniting link between buried geological objects and landscape formations.

Ключові слова

Акумулятивні . еолові форми рельєфу. Вітропіщаний потік. Динаміка і еволюція геосистем. Електростатичне поле Землі. Еолові процеси. Ландшафтоутворюючі процеси. Локальні аномалії електростатичного поля. Поховані геолог-' утворенння. Природні системи.