О. К. Леонтьев г. И. Рычагов общая геоморфология допущено Министерством высшего и среднего

ББК 26.823 Л47

кафедра физической географии

Казанского университета

(зав. кафедрой проф. Ступишин А. В.);

кафедра геоморфологии

Ростовского университета

(зав. кафедрой проф. Сафронов И. Н.)

Настоящая книга предназначается в качестве учебного пособия для студентов географических специальностей университетов. В ней рассматриваются основные формы рельефа Земли и геолого-геоморфологические процессы, обусловливающие их образование.

Структура книги и ее содержание определяются по­граничным положением геоморфологии как науки, раз­вивающейся на стыке физической географии и геологии.

В первой части книги дается определение геоморфо­логии и объекта ее изучения, приводится краткий очерк истории развития геоморфологии и ее современного со­стояния в Советском Союзе и за рубежом, а также рас­сматриваются общие сведения о рельефе и факторы рельефообразования.

Вторая часть книги посвящена характеристике рель­ефа эндогенного происхождения. В ней рассматриваются вопросы происхождения планетарных форм рельефа в связи с особенностями глубинного строения земной коры, а также рельефообразующая роль тектонических движений земной коры, магматизма и землетрясений.

В третьей части дана характеристика геоморфологи­ческих процессов и форм рельефа экзогенного происхож­дения. В отличие от ранее опубликованных работ подоб­ного типа в предлагаемом учебном пособии значитель­ное внимание уделено характеристике склоновых про­цессов, а также формам рельефа и геоморфологическим процессам, происходящим на дне Мирового океана. Большое внимание уделено взаимосвязи эндогенного и экзогенного рельефообразования.

В конце книги освещены общие вопросы методики геоморфологических исследований и геоморфологическо­го картирования.

Изложение материала всех разделов дается с учетом новейших данных. Показано прикладное значение изу­чения рельефа: при поиске нефтегазоносных структур и россыпных месторождений полезных ископаемых, до­рожном строительстве, проектировании ирригационных сооружений, изучении новейших и современных тектони­ческих движений земной коры и т. д.

Значительное внимание в книге уделено взаимосвязи рельефа с другими компонентами географической среды.

При этом подчеркивается роль рельефа в системе при­родных компонентов ландшафта и показано место гео­морфологии как науки в решении проблемы охраны природы и рационального использования природных ре­сурсов.

Книга снабжена большим количеством иллюстраций, главным образом оригинальных.

Авторы примут с благодарностью все критические замечания в адрес предлагаемой книги и пожелания по ее улучшению.

ГЛАВА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМОРФОЛОГИИ КАК НАУКИ И ОБЪЕКТА ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ

Рельеф поверхности Земли не есть сочетание абстрактных гео­метрических поверхностей. Он представляет собой комплекс форм, которые имеют определенное геологическое строение и подверже­ны постоянному воздействию атмосферы, гидросферы и внутренних сил Земли. Поэтому изучение рельефа невозможно без четкого представления о составе и свойствах слагающих его горных пород, так же как оно невозможно без знания процессов, воздействующих на рельеф и имеющих своей причиной подвижность и непостоянст­во физических состояний земной коры, газообразной и водной обо­лочек Земли.

Земная кора сама по себе не является чем-то неизменным. Она подвержена не только воздействию сил, обусловленных процессами, протекающими в атмосфере и гидросфере, но и является продуктом глубинных (эндогенных) процессов, протекающих в недрах Земли, и испытывает многообразные изменения и движения, происходя­щие под воздействием этих процессов. Земная кора состоит из маг­матических, осадочных и метаморфических горных пород, которые по-разному реагируют на воздействие внешних и внутренних сил.

В. И. Вернадским введено в науку о Земле понятие «биосфера». Под биосферой понимается вся совокупность органической жизни Земли. Эта оболочка как бы пропитывает нижнюю часть атмо­сферы, гидросферу и приповерхностную часть земной коры. Состав­ляющие ее живые организмы и мертвая органическая материя самым активным образом участвуют в формировании рельефа Земли либо непосредственно, создавая специфические биогенные формы рельефа и геологические тела, либо опосредствованно, изменяя физические и химические свойства горных пород, воздушной и водной оболочек нашей планеты.

Наконец, сам рельеф Земли, представляющий совокупность поверхностей то почти горизонтальных, то имеющих значительные уклоны, влияет на ход геоморфологических процессов. Так, в горах

От греч. гэ — земля; логос — наука, учение; морфе — форма.

и на низменных равнинах эти процессы протекают по-разному. Гипсометрия рельефа, т.е. положение того или иного участка земной поверхности относительно уровня моря, также влияет на рельефообразование, нередко обусловливая проявление таких процессов, которые не могут происходить на другом гипсометриче­ском уровне. Например, при современных климатических условиях появление ледников в умеренных и тропических зонах возможно только в высоких горах; ряд процессов возможен только на дне глубоких морских и океанических впадин и т. д.

На основе сказанного можно уточнить понятие «рельеф». Рельеф земной поверхности, являющийся объектом изучения гео­морфологии, представляет собой совокупность геометрических форм этой поверхности, образующихся в результате сложного взаимодействия земной коры с водной, воздушной и биологической оболочками нашей планеты. Поскольку в этом взаимодействии участвует земная кора, и речь идет о неровностях ее поверхности, изучение рельефа немыслимо без знания внутреннего строения об­разующих его форм. При всей сложности взаимодействия и разно­образия рельефообразующих процессов в них всегда участвует как одна из важнейших составляющих процесса рельефообразования сила тяжести, сила земного притяжения. Хотя движения масс в направлении, противоположном действию вектора силы тяже­сти, также возможны, и они происходят, но при этом они всегда должны ее преодолевать. Поэтому для геоморфологии одной из важнейших характеристик рельефа является уклон поверхности. Кроме того, сила земного притяжения, интенсивность проявления внешних агентов и их «набор» определяются гипсометрией рельефа.

Наконец, общий облик рельефа и характер рсльефообразующих процессов зависят также от частоты смены положительных и от­рицательных форм рельефа, степени их контрастности и географи­ческого положения того или иного участка земной поверхности.

Таким образом, рельеф является одновременно продуктом гео­логического развития и компонентом (составной частью) геогра­фического ландшафта. Само положение объекта изучения геомор­фологии определяет необходимость ее самых тесных связей с таки­ми науками, как геология и физическая география. Можно сказать, что геоморфология — это типично пограничная наука. Поэтому было бы неправильно относить геоморфологию целиком к геологическо­му циклу научных дисциплин, так же как было бы односторонне считать эту науку исключительно географической.

Следует подчеркнуть, что рельеф занимает в строении Земли особое место, являясь поверхностью раздела и одновременно по­верхностью взаимодействия различных оболочек земного шара: литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. Вместе с тем он является составной частью географической среды. Поэтому наиболее плодотворное изучение рельефа и законов его развития может быть достигнуто только при изучении его во взаимодейст­вии и взаимообусловленности со всеми другими компонентами

географической среды. Этим и определяется особо тесная связь геоморфологии с физической географией и другими науками гео­графического цикла.

Геоморфология—наука историческая. Она стремится устано­вить последовательность происходивших на Земле событий, при­ведших к формированию того рельефа, который наблюдается на поверхности Земли в настоящее время. В познании рельефа геоморфология использует достижения не только географии и гео­логии, но и многих других наук естественноисторического цикла. Так, например, поскольку Земля является планетой, геоморфология использует данные таких наук, как астрономия и космогония. В вопросах познания строения, состава и состояния вещества, участвующего в строении тех или иных форм рельефа, геоморфо­логия использует достижения физики и химии и т. д.

Итак, геоморфология изучает строение, происхождение, исто­рию развития и динамику рельефа земной поверхности. Цель это­го изучения — познание законов развития рельефа и использование выявленных закономерностей в практической деятельности чело­веческого общества.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ИСТОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОЙ НАУКИ

Рельеф земной поверхности — одно из важнейших условий обита­ния человека, его хозяйственной деятельности. Несомненно, что сведения о рельефе накапливались с самых ранних этапов возник­новения и развития человеческого общества. Однако как научная дисциплина геоморфология начала оформляться в конце XVIII — начале XIX в., вслед за геологией, с развитием которой она тес­но связана. Именно в это время появились работы, в которых да­валось первое, соответствующее тому уровню знаний, научное представление об условиях возникновения и развития рельефа зем­ной поверхности.

В 1763 г. вышла в свет работа М. В. Ломоносова «О слоях земных (Прибавление второе к первым основаниям металлургии и рудных дел)», в которой он впервые выдвинул идею развития рельефа как результата взаимодействия эндогенных и экзогенных сил. Эта идея лежит в основе и современной геоморфологической науки.

Ко второй половине XVIII в. относится возникновение двух противоположных друг другу учений о факторах, принимающих участие в образовании земной коры и вызывающих изменения ее поверхности,— нептунизма и плутонизма. Основателем школы нептунистов был немецкий ученый Г. А. Вернер. Взгляды Вернера, сложившиеся на основе наблюдений на территории Саксонии,

где ему приходилось иметь дело преимущественно с осадоч­ными породами, вылились в ложную концепцию, согласно которой Мировому океану приписывалась исключительная роль как в обра­зовании горных пород, слагающих земную поверхность, так и в вы­работке присущего ей рельефа. Эта концепция вскоре столкнулась с противоположной ей концепцией плутонистов и вынуждена была, в конце концов уступить ей. Одним из творцов плутонизма был шотландец Д. Геттон. Свои наблюдения и исследования, прове­денные преимущественно в Шотландии, Геттон опубликовал в 1788 г. в книге «Теория Земли», в которой он ввел в науку поня­тие о геологическом цикле и рассматривал изменения рельефа как составную часть геологического развития Земли. Основоположник научной геологии Ч. Лайель в своей книге «Основы геологии» (1830) уделил значительное внимание вопросам эволюции рельефа. Он выдвинул теорию медленного и непрерывного изменения зем­ной поверхности под влиянием процессов, действующих и в настоя­щее время (в области геологии это эволюционное учение получило название актуализма). Основные формы рельефа, по Ч. Лайелю, возникают как результат движения земной коры, а затем нивели­руются, разрушаются под действием внешних сил. Совокупное разрушение гор под действием внешних сил получило наименова­ние «денудация».

В 1852 г. К. Науманн впервые вводит в научную литературу понятие «морфология земной поверхности».

Вторая половина XIX в. знаменуется появлением ряда работ по геологии и рельефу Земли как общего, так и специального ха­рактера. В работах Д. Дана и Э. Зюсса разрабатываются основы тектоники и структурной геологии, освещается строение плане­тарных форм рельефа — материков и океанов. П. А. Кропоткиным обосновывается теория материкового оледенения (1876). В рабо­тах Сюрреля, а позднее Рютимейера, С. Н. Никитина и В. В. До­кучаева рассматриваются проблемы образования и развития реч­ных долин, Д. Пауэлла - процессы плоскостного смыва и т.д. К концу XIX в. выходят в свет крупные обобщающие труды Ф. Рихтгофена, А. Пенка, А. П. Павлова, в которых систематизи­руются представления о строении земной поверхности, происхож­дении рельефа и даются попытки его классификации.

Выделение геоморфологии в самостоятельную отрасль знания и появление первых научных общегеоморфологических концепций неразрывно связано с именами американского ученого В. Девиса (1899) и немецкого исследователя В. Пенка (1924). В. Девис раз­работал учение о географических (геоморфологических) циклах, которое долгое время служило теоретической основой геоморфоло­гической науки и не потеряло до сих пор своей научной ценности. Им была выдвинута формула — «структура — процесс (цикл) — стадия» как основа познания развития рельефа. По признаку веду­щего процесса Девис выделил «нормальный» (водно-эрозионный), ледниковый, морской и аридный (эоловый) циклы развития рельефа. Согласно В. Девису, деятельность ведущего процесса протекает стадийно и дает разные результаты в условиях разной геоло­гической структуры, но, в конечном счете, ведет к выравниванию рельефа, к образованию почти равнины, или пенеплена. Новый цикл развития, по В. Девису, наступает в связи с поднятием пенеплена, а последовательное развитие рельефа от ранней (юной) стадии к стадии дряхлости может на отдельных этапах нарушаться тек­тоническими или климатическими изменениями.

В «Морфологическом анализе» В. Пенка главное внимание уде­ляется связи денудационных процессов с вертикальными движе­ниями земной коры. В. Пенком выдвинут и разработан принцип изучения тектонических движений на основе анализа рельефа. Эту задачу В. Пенк пытался решить на основании анализа форм склонов. Согласно В. Пенку, при быстром и значительном подня­тии, сопровождающемся энергичным эрозионным углублением долин, склоны должны приобрести выпуклый профиль. При менее быстром поднятии и при известном соответствии глубинной эро­зии и интенсивности денудации профиль склонов будет более или менее прямым. Наконец, при длительном стационарном состоянии земной коры, когда эрозионное врезание достигло предела, а дену­дация склонов долин и их отступание в сторону водоразделов про­должается, склоны должны приобрести вогнутый профиль. Если после такого развития склонов начнется снова быстрое поднятие, то склоны должны будут приобрести профиль, изогнутый в виде буквы S (выпуклый внизу, вогнутый вверху).

Иначе, чем В. Девис, В. Пенк представлял себе процесс пенепленизации. По В. Пенку, процесс уничтожения водораздельных высот развивается в горизонтальном направлении за счет роста долин в ширину и разрушения водораздельных плато с боков при сравнительно малом вначале уменьшении их высоты. Водоразделы начинают быстро понижаться лишь после того, как склоны смеж­ных долин, отступая навстречу друг другу, пересекутся между собой. В противоположность В. Девису В. Пенк рассматривает развитие рельефа в условиях одновременного воздействия на зем­ную поверхность эндогенных и экзогенных агентов. Им предложе­ны понятия «восходящее» и «нисходящее» развитие рельефа. В. Пенк обратил внимание исследователей на медленное, незамет­ное для глаза движение коры выветривания вниз по склонам как на один из видов общей денудации.

В 30-х годах нашего столетия в СССР, США и Западной Евро­пе появляется ряд обобщающих сводок по общей геоморфологии (А. Лобек, О. Энгельн, И. С. Щукин и др.). Из них в двухтомной «Морфологии суши» И. С. Щукина наряду с обобщением огром­ного, имевшегося к тому времени фактического материала разви­ваются оригинальные концепции по систематике и классификации рельефа. Эти концепции получили дальнейшее развитие в по­слевоенные годы в новом труде ученого — в трехтомнике «Общая геоморфология» (т. I, 1960; т. II, 1964; т. III, 1974).

В послевоенные годы развитие общегеоморфологических концепций связано с именами К. К. Маркова (1948), Л. Кинга (1953, 1967), И. П. Герасимова и Ю. А. Мещерякова (1967).

К. К. Марков выдвинул и разработал плодотворное представле­ние о геоморфологических уровнях. Он выделяет четыре таких уровня: абразионно-аккумулятивный, создаваемый деятельностью моря или большого озера; денудационный, связанный с эрозион­ной деятельностью поверхностных водотоков и общей денудацией; уровень снеговой границы в горах; верхний денудационный уро­вень, до которого поднимаются самые высокие вершины гор в ус­ловиях конкретной физико-географической обстановки. Анализ де­формаций этих уровней позволяет судить о новейших движениях земной коры и характеризовать их не только с качественной, но и с количественной стороны. К. К. Марков систематизировал и развил представления о возрасте рельефа, о методах геоморфо­логических исследований, о путях практического применения гео­морфологии.

В трудах Л. Кинга ставится под сомнение универсальность применения концепции пенепленизации, выдвинутой В. Девисом и развитой его последователями. Согласно Л. Кингу, планация (выравнивание) рельефа в большинстве случаев идет по пути от­ступания склонов, в результате чего перед их подножьями образу­ются наклонные выровненные поверхности — педименты. Парал­лельное отступание склонов может привести к полному срезанию положительной формы рельефа и к образованию педиплена.

И. П. Герасимов и Ю. А. Мещеряков выдвинули тезис о «геомор­фологическом этапе» развития Земли. Современный рельеф, по их представлениям, был в основном предопределен в мезозое, т. е. отрезок геологической истории от мезозоя до наших дней является временем формирования современного рельефа земной поверхно­сти. Этими же авторами развито представление о геотектурах и морфоструктурах — крупнейших и крупных структурах земной коры, выраженных в современном рельефе.

В последние десятилетия в Западной Европе и в СССР в раз­витии геоморфологической науки уделяется большое внимание, с одной стороны, изучению связей между обликом рельефа и гео­логической структурой (так называемой структурной геоморфоло­гии), с другой — исследованию экзогенных геоморфологических процессов (климатической и динамической геоморфологии).

В послевоенные годы центр развития геоморфологической тео­рии, а также прикладной геоморфологии переместился в Совет­ский Союз, где в настоящее время работает едва ли не половина всех геоморфологов мира. Советский Союз — единственная страна, которая ежегодно в нескольких крупнейших университетах ведет плановую систематическую подготовку молодых специалистов-геоморфологов. Успешно развиваемое в нашей стране структурно-геоморфологическое направление находит все более широкое при­менение при решении ряда геологических задач, в первую очередь при поисках, месторождений нефти и газа. Достигнуты большие успехи в изучении современных геоморфологических процессов.

В Московском государственном университете (МГУ), например, ведутся работы по моделированию флювиальных и морских про­цессов, а также по изучению взаимодействия этих процессов и тектоники (Н. И. Маккавеев). Изучение аллювиальных и скло­новых процессов помогает советским исследователям вести успеш­ные поиски россыпных месторождений золота, касситерита, тита­новых руд.

Важное место в советской геоморфологии занимает палеогеоморфология (учение о древнем рельефе). Анализ древнего рельефа, его истории развития, как это показали исследования на Урале и в Восточной Сибири (С. С. Воскресенский), в Забайкалье (Ю. Г. Симонов), также приносят ценные результаты при поис­ках полезных ископаемых.

Характеризуя современное состояние геоморфологии, необходи­мо несколько слов сказать еще об одной новой и очень важной отрасли — морской геоморфологии. В этой отрасли выделились два самостоятельных направления. Одно из них — геоморфология мор­ских берегов. В основе современного учения о морских берегах (В. П. Зенкович, В. В. Лонгинов, О. К. Леонтьев) лежит концеп­ция о единстве потока энергии, преобразующего подводный бере­говой склон и надводную часть берега. Концепция оказалась очень плодотворной при решении ряда практических задач — проектиро­вании морских портов, защите берегов от размыва, поисках мор­ских россыпей, строительстве крупных водохранилищ. Другое на­правление— геоморфология дна морей и океанов. В развитие вто­рого направления большой вклад сделан советскими (Г. Б. Удинцев, А. В. Живаго, Д. Е. Гершанович, А. В. Ильин, О. К. Леонтьев и др.) и американскими (Ф. Шепард, К. Эмери, Б. Хизен) учены­ми. Если раньше все геологические и геоморфологические научные концепции основывались лишь на материалах, относящихся в ос­новном к суше, то современная геоморфология располагает данны­ми, характеризующими рельеф дна морей и океанов, и научными идеями, основанными на изучении этого рельефа.

ГЛАВА 3 НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЛЬЕФЕ

ПОНЯТИЕ О ФОРМАХ И ЭЛЕМЕНТАХ ФОРМ РЕЛЬЕФА

Рельеф любого участка земной поверхности слагается из много­кратно повторяющихся и чередующихся между собой отдельных форм рельефа, каждая из которых состоит из элементов рельефа. В геометрическом отношении среди элементов рельефа можно вы­делить грани, или поверхности, ребра (пересечение двух граней) и гранные углы (пересечение трех или более граней). В природ­ной обстановке наиболее легко выделяются поверхности, ограничивающие ту или иную форму рельефа. Они имеют разные размеры, а также различно наклонены по отношению к горизонтальной плоскости (уровню моря). По величине наклона их целесообразно разделить на субгоризонтальные поверхности (с углами наклона менее 2°) и склоны (углы наклона>2°).

Поверхности могут быть ровными, вогнутыми (например, стен­ки карстовых воронок) или выпуклыми (поверхность вулканических конусов).

Ребра и особенно гранные углы сохраняют свою геометриче­скую четкость лишь при определенных условиях. В подавляющем большинстве случаев под воздействием ряда агентов они теряют свою морфологическую выраженность, превращаются в округлые поверхности.

Грани рельефа постепенно переходят одна в другую посредст­вом так называемых перегибов склонов. Следствием этого являют­ся часто наблюдаемые плавные переходы одних форм рельефа в другие.

Формы рельефа могут быть замкнутыми (моренный холм, мо­ренная западина) или открытыми (овраг, балка), простыми или сложными, положительными или отрицательными. К положитель­ным относятся формы, выступающие относительно некоторого суб­горизонтального уровня, тогда как отрицательные формы углуб­лены относительно этого уровня.

Простые формы обычно невелики по размерам и имеют более или менее правильные геометрические очертания, состоят из про­стых комбинаций элементов рельефа. Сложные формы — это ком­бинация нескольких простых форм.

Применительно к деятельности экзогенных агентов различают аккумулятивные формы рельефа, сформировавшиеся за счет на­копления материала (моренный холм, бархан), и денудационные (выработанные), образовавшиеся за счет выноса материала (ов­раг, котловина выдувания).

Сочетания генетически связанных друг с другом форм рельефа, обладающих сходным строением и закономерно повторяющихся на определенной территории, образуют генетические типы рельефа.

Формы рельефа могут быть самыми различными по величине. В зависимости от их размеров выделяют: а) планетарные формы рельефа, б) мегаформы, в) макроформы, г) мезоформы, д) микро­формы и е) формы нанорельефа.

Планетарные формы занимают площади в сотни тысяч и мил­лионы квадратных километров. Вся площадь земного шара равна 510 млн. квадратных километров, следовательно, количество плане­тарных форм невелико. Несколько забегая вперед, отметим, что планетарные формы подразделяются на: 1) материки, 2) геосин­клинальные пояса, 3) ложе океана, 4) срединно-океанические хребты.

Материки — крупнейшие положительные формы рельефа Земли. Большая часть их представляет собой сушу, хотя, как это будет показано ниже, значительные площади материков участвуют

в строении дна Мирового океана. Важнейшая особенность их — сложение земной корой материкового типа.

Мегаформы занимают площади порядка сотен или десятков тысяч квадратных километров. Примеры мегаформ — впадины Мек­сиканского залива или Карибского моря, горные системы Альп, Большого Кавказа, плато Декан и др.

Макроформы являются составными частями мегаформ. Площа­ди, занимаемые ими, измеряются сотнями или тысячами, реже десятками тысяч квадратных километров. К макроформам отно­сятся, например, отдельные хребты и впадины какой-либо горной страны.

Площади мезоформ измеряются обычно несколькими квадрат­ными километрами или десятками квадратных километров. При­мером таких форм могут служить овраги, балки, долины ручьев, отдельные горные хребты, крупные аккумулятивные формы типа барханных цепей и др.

Микроформы — это неровности, осложняющие поверхность ме­зоформ. Таковы, например, карстовые воронки, эрозионные рыт­вины, береговые валы.

Формами нанорельефа называют очень мелкие неровности, ос­ложняющие поверхность макро-, мезо- или микроформ. Таковы, например, луговые кочки, сурчины, мелкие эрозионные бороздки, знаки ряби на морском дне или на поверхности эоловых форм рельефа.

Деление форм рельефа по их величине в значительной степени условно, и в природе нет четких границ между указанными выше градациями. Однако, несмотря на эту условность, различие в мас­штабе форм рельефа несет определенную генетическую информа­цию. Так, если планетарные формы рельефа и многие мегаформы и макроформы сформировались в результате деятельности эндо­генных процессов, то образование мезо-, микро- и наноформ обу­словлено деятельностью главным образом экзогенных процессов. И. П. Герасимов и Ю. А. Мещеряков в своей генетической класси­фикации рельефа планетарные формы и формы мегарельефа выделяют как геотектуры, формы макрорельефа — как морфоструктуры, мезоформы относят к морфоскульптурам.