ГЛАВА 1.
Основные гипотезы о формировании рельефа Земли
Понятие "эндогенные процессы" (от гр. endоп — внутри и gепs — род, происхождение) объединяет химические и физические процессы, происходящие во внутренних слоях Земли, связанные с радиоактивным распадом, химическими превращениями, гравитационными перемещениями и т.д. На поверхности Земли эндогенные процессы проявляются в вертикальных и горизонтальных движениях земной коры, сейсмических и вулканических явлениях. Эндогенные процессы создают основные черты земной поверхности, "скелет рельефа", состоящий из сочетания морфоструктур разного генетического ранга.
Лик Земли, т.е. расположение материковых глыб и океанических впадин, горных систем и низин, неоднократно менялся в течение геологической истории. Существует несколько гипотез, по-разному трактующих причины и следствия тектонических движений.
Гипотеза вертикальных движений, выдвинутая в XVIII веке М.В. Ломоносовым и шотландским ученым Д. Геттоном, была принята в XIX веке А. Гумбольдтом и сейчас не потеряла своего значения, хотя не может объяснить многие черты рельефа, в частности образование складчатых зон.
Основоположник научной геологии Ч. Лайсль в книге "Основы геологии" (1830) выдвинул теорию актуализма в эволюции рельефа, которая сводится к преобладанию медленного и непрерывного изменения земной поверхности под влиянием совокупности процессов, составляющих основу денудации.
Контракционная теория, господствующая в XIX веке, построена на космогонической гипотезе Канта и Лапласа. Ее основоположники — французский ученый Эли де Бомон, австрийский геолог Э. Зюсс — главную роль в формировании лика Земли отводили горизонтальным и вертикальным силам сжатия, связанным с процессом остывания Земли и образования ее коры. Эта теория не объясняла причин периодичности процессов горообразования в геологической истории.
Пульсационная гипотеза (американский геолог В. Бухер, советский ученый М.А. Усов) рассматривает формирование основных элементов рельефа Земли как результат чередования эпох сжатия и растяжения земной коры. При растяжении формируются геосинклинали и океанические впадины, при сжатии образуются горы, а платформы освобождаются от мелководных морских бассейнов. Эта теория с существенными дополнениями принималась также В.А. Обручевым. Однако в ней имеется серьезный недостаток: известно, что процессы сжатия и растяжения на Земле проявляются одновременно, но в разных местах. Построенная на диалектическом принципе борьбы противоположных сил, пульсационная теория не утратила значения и для современной науки.
Гипотеза горизонтального перемещения материков (мобилизм) связана с именами немецкого геофизика А. Вегенера и американского ученого Ф. Тейлора (рис. 8). В начале 20-х годов XX века она получила очень большое распространение, так как привлекала доказательствами (внешними, видимыми) сходства очертаний материков, общих черт геологического строения участков суши, разъединенных океанами. Однако эта гипотеза не объясняла причин дрейфа континентов.
Гипотеза глубинной гравитационной дифференциации разработана В.В. Белоусовым в соответствии с космогонической теорией О.Ю. Шмидта. Формирование основных черт рельефа Земли объясняется радиоактивным распадом, разогревом вещества внутри Земли и его дифференциацией под влиянием законов гравитации и вертикальных перемещений. Основные принципы этой гипотезы прогрессивны, хотя она и не лишена недостатков (недоучет горизонтальных движений, в том числе, в геосинклиналях и др.).
Большое значение в науке приобрела гипотеза новой глобальной тектоники литосферных плит (неомобилизм). Согласно этой гипотезе, земная кора вместе с частью верхней мантии разбита сверхглубинными разломами на крупные жесткие глыбы— литосферные плиты толщиной более 100 километров, которые перемещаются по поверхности астеносферы в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно друг друга. Границы между плитами фиксируются линиями продольных осей срединно-океанических хребтов, в которых расположены глубинные рифтовые разломы. Последние служат осями спрединга, т.е. расширения земной коры. Материалы, полученные за последние десятилетия с помощью новейших методов исследования, подтвердили, что магматические породы, поднимающиеся по линии рифтового разлома, имеют очень молодой возраст. Зона спрединга фиксируется магнитными аномалиями, высокими показателями теплового потока, сейсмическими и вулканическими явлениями Таким образом, в рифтовых впадинах конструируется новая (молодая) океаническая земная кора. Процесс раздвижения плит сопровождается поднятием крупных блоков земной коры под влиянием поддвигания (субдукции) или надвигания (обдукции) океанической плиты под материковую. Движущей силой спрединга являются подкоровые тепловые конвекционные течения в мантии Земли, имеющие вид замкнутых кругов. Геосинклинали возникают в тех местах, где два нисходящих потока смыкаются, происходит формирование коры материкового типа, складкообразование. В местах расхождения восходящих потоков преобладает растяжение и подъем магмы к поверхности.
ГЛАВА 2.
Типы движений земной коры
и материковые формы рельефа
Данные геофизики свидетельствуют о разнообразии строения земной коры, которую разделяют на кору материкового, океанического и переходного типов. Кора материкового типа отличается значительной мощностью, достигающей в горных районах 70 километров (в среднем 35 километров) Обычно сверху она образует осадочный слой различной мощности и состава. Осадочный слой не сплошной. В низинах (Каспийская, Полесская) его мощность достигает 5-10 километров, в пределах поднятий (Воронежский горст) он уменьшается до нескольких десятков метров, а в щитовых областях (Балтийский, Украинский) вовсе отсутствует. Ниже осадочных пород залегает гранитный слой, представленный кристаллическими кислыми породами. Под молодыми горными системами его мощность достигает 50 километров, в пределах равнин сокращается до 15-20 километров.
Под гранитным залегает сплошной базальтовый слой, мощностью 15 — 20 километров.
Кора океанического типа заметно отличается по составу и мощности, которая везде не превышает 10 километров и распространяется в пределах ложа Мирового океана. Верхний слой коры этого типа представлен мягкими океаническими осадочными породами, мощностью несколько сотен метров, под которой залегает промежуточный слой (второй слой), состоящий из уплотненных осадочных пород, пронизанных базальтами. Основу океанической коры составляют базальты и близкие к ним основные породы (габро, нориты), мощностью 4-7 километров.
В современных геосинклинальных зонах выделяется кора переходного типа очень пестрого, сложного строения. В морфологическом отношении переходная кора включает три основные элемента: котловины глубоководных морей (Карибское, Японское), островные дуги (Малые Антильские, Японские острова) и глубоководные желоба (Яванский, Марианский). Для этого типа коры характерно близкое соприкосновение с материковой, с одной стороны, и океанической, с другой. Характерно также проявление сейсмических и вулканических явлений.
В современной научной и учебной литературе выделяется также особый тип земной коры под срединно-океаническими хребтами, которую принято называть рифтогенным.
Рифтогенный тип земной коры залегает под осадочным или промежуточным слоем пород. Здесь происходит смешение вещества коры и мантии, о чем свидетельствует скорость прохождения упругих сейсмических волн (7,3-7,6 км/сек), что менее, чем в мантии, но более, чем в базальтовом слое.
Современный лик Земли оформился сравнительно недавно, за период мезозой—кайнозой. В самом общем виде в рельефе выделяются две высотные ступени — материковая и океаническая, соответствующие вышеназванным типам земной коры. Площадь материков, включая подводную окраину и кору переходного типа, составляет около 230 миллионов квадратных километров. Материки — сложные геологические образования, сформированные в течение длительной эволюции литосферы.
Наиболее древние (докембирийские), относительно устойчивые основания (ядра) материков — платформы; наиболее молодые, подвижные в геологическом понятии — геосинклинали. Древние платформы представлены высокими денудационными, низкими аккумулятивными равнинами, сложенными типичной материковой корой. К их числу относятся: Африкано-Аравийская, Южно-Американская (Бразильская), Индостанская (Деканская), Восточно-Европейская (Русская), Северо-Американская (Канадская), Сибирская, Восточно-Китайская, Южно-Китайская, Австралийская, Антарктическая. Древние платформы характеризуются преобладанием эпейрогенических движений. Поднятия, расчлененные речными долинами и погружения охватывают огромные территории. Возникающие при этом антеклизы и синеклизы соответствуют возвышенностям и низменностям. Например, Прикаспийская и Амазонская низменности фиксируют одноименные синеклизы, Белорусская антеклиза и Волыно-Подольская возвышенности соответствует поднятию кристаллического фундамента, а Средне-Русская — Воронежскому горсту. Медленные колебательные движения платформ могут иметь не только тектоническую, но также эвстатическую и изостатическую причинность, связанную с климатическими колебаниями уровня океана или увеличением (уменьшением) механической нагрузки на материк мощных осадочных пород, ледниковых щитов и т.д.
В пределах древних платформ наряду с денудационными и аккумулятивными равнинами отмечаются и горы, связанные, главным образом, с кристаллическими щитами. Такие горы чаще всего не имеют вытянутой ориентировки, их форма носит характер неправильного монолита, а возникновение связано с разрывной и взрывной тектоникой (дизъюнктивной дислокацией), которая не всегда согласуется с древней структурой щитов. Образуя изолированные поднятия, ограниченные щитами, такие горы получили собственные названия: Гвианское нагорье, нагорье Ахаггар, Тибести.
В некоторых случаях на щитовых горах обнаруживаются поднятые отпрепарированные магматические образования типа Хибинских лакколитов.
Таким образом, горные поднятия древних платформ делятся на: тектонические горы с невыраженной древней структурой и эрозионные, обусловленные глубоким врезанием рек (Среднесибирское плоскогорье).
Вторая категория глобальных структур — молодые платформы, возникшие на месте каледонских, герцинских, мезозойских складчатых областей. В их рельефе существенное место также занимают аккумулятивные и денудационные равнины, плато, плоскогорья. Например, плато Устюрт представляет собой денудационную равнину на герцинском основании, а Казахский мелкосопочник — на палеозойских складчатых структурах. Типичными аккумулятивными равнинами (плитами) на молодой платформе могут служить Западно-Сибирская и Индигирско-Колымская низменности.
Вместе с тем, для молодых платформ типично широкое распространение горного рельефа. Горы чаще всего утратили тектоническую активность, но продолжают контролировать наиболее высокие отметки рельефа и имеют линейную ориентировку. К их числу можно отнести Аппалачи, Урал. Несмотря на глубокий срез древних пород, молодые платформы, как правило, четко связаны с докембрийскими. В горах мезозойского возраста (Капские горы, горные системы Северо-Востока Азии) древние структуры срезаны неглубоко и определяют все черты современного рельефа. Наконец, к горам молодых платформ относятся системы, созданные проявлением сбросовой тектоники. В их рельефе проявления тектоники часто не совпадают с древними структурами и строение поверхности приобретает специфические черты. Типичны в этом отношении горы Центральной Европы и Скандинавские.
В рельефе гор молодых платформ, особенно линейно вытянутых, имеются различия, вызванные зональными экзогенными процессами. Например, Полярный Урал заметно отличается от Северного или Среднего благодаря распространению ледниковых форм.
Таким образом, среди гор молодых платформ можно выделить: горы с глубоко срезанной древней структурой, унаследованной последующими движениями и проявляющейся в современном рельефе, горы с неглубоко срезанной древней структурой, четко выраженной в современном рельефе, горы, образованные, главным образом, разрывной тектоникой с невыраженной древней структурой.
Наиболее значительные разрывные (дизъюнктивные) дислокации связаны с разрывом сплошности слоев и перемещением блоков литосферы. Глубинные и сверхглубинные разломы выразились в мега- и макроформах, например, формирование рифтовой впадины Красного моря, Калифорнийского залива. Горные системы сбросового типа получили распространение при повторном процессе горообразования, которое сопровождалось появлением горст-антиклинориев и грабен-антиклинориев. Примером могут служить герцинские системы Средней Европы, в частности грабен Рейна и горсты — Шварцвальд и Вогезы.
Особая структурная категория материков — возрожденные горные пояса или эпиплатформенные горы, которые характеризуются большими абсолютными и относительными высотами, значительной тектонической активностью. Эпиплатформенные горы образуются на месте древних пенепленизированных складчатых сооружений в результате интенсивных новейших и современных движений земной коры, крупных вертикальных перемещений блоков литосферы, проявления разрывной тектоники. Среди возрожденных эпиплатформенных горных поясов выделяются Восточноафриканский, Центральноазиатский и пояс Североамериканских Кордильер. Новейшими исследованиями установлено, что с эпиплатформенными областями связаны рифтовые пояса на материках, вдоль которых намечается начальный процесс разъединения континентов и рождения новых океанов. Например, рифтовая зона Красного моря и Аденского залива рассекает крупное сводовое поднятие высотой 2000 - 3000 метров. Тектоническое происхождение разлома определяется максимальными для всей Земли положительными аномалиями силы тяжести, очень высокими значениями теплового потока, выходами на дне горячих кислых рассолов, обогащенных металлами, проявлением сейсмизма и вулканизма (на Африканской стороне). Начало образования Аденского залива, по данным геомагнитной съемки, не более 10 миллионов лет; за это время полуострова Аравийский и Сомали раздвигались со скоростью 20 миллиметров в год. Южным продолжением рифта Красного моря служит Восточноафриканский рифтовый пояс возрожденных гор. Он протягивается от реки Замбези через систему тектонических озерных котловин: Ньяса, Танганьика, Киву, Альберт, и отличается высокой вулканической активностью (вулканы Килиманджаро, Меру). В районе Аденского залива рифтовая зона сливается со срединным хребтом Индийского океана. Типичные возрожденные горы — Эфиопское нагорье.
Центральноазиатский возрожденный горный пояс, испытавший особенно интенсивную тектоническую активность, включает крупнейшие горные системы: Тянь-Шань с вершиной Пик Победы (7439 метров), Куньлунь с горой Улугмузтаг (7723 метра), Каракорум с вершиной Чогори (8611 метров). Амплитуды относительных высот между вершинами хребтов и коренным ложем впадин достигают 12 километров. Огромные пространства, занимаемые Централь-ноазиатским поясом, объединяют крупные нагорья и плато — северную часть Тибетского, Байкальское. На севере продолжением Центральноазиатского пояса является рифт срединного хребта Северного Ледовитого океана, а на юге — Байкальский рифт.
Не менее грандиозен возрожденный горный пояс Североамериканских Кордильер, который протянулся в меридиональном направлении от плато Юкон до Калифорнийского залива. Система рифтов этого пояса продолжается рифтовыми линиями Восточно-тихоокеанского срединного хребта.
Строение земной коры имеет свои особенности в переходных от материков к океанам геосинклинальных поясах, иначе говоря, в зонах проявления процессов современного горообразования. Живые геосинклинали концентрируются в Тихоокеанском и Средиземноморском поясах. В течение длительного геологического времени геосинклинали являются областями прогибания земной коры и накопления мошной серии осадочных пород. Этот этап сменяется интенсивным поднятием, в результате которого на периферии геосинклинали формируются сложные складчатые структуры, а в центре — складчато-сбросовые горы, сложенные метаморфическими породами, пронизанные магматическими интрузиями. В результате возникает мощная материковая кора. Под Гималаями, например, она достигает 80 километров. Процесс горообразования сопровождается интенсивными сейсмическими и вулканическими явлениями.
Хорошо выраженные пликативные движения являются результатом горизонтальных перемещений. В рельефе преобладают складки различных типов и строения. Обычно антиклинории представлены поднятиями горных хребтов, а синклинории — межгорными впадинами. В процессе длительной денудации нередко возникает инверсия рельефа, в результате которой антиклинали нивелируются, а заполненные рыхлыми породами синклинали создают высокие участки горной страны. Складкообразование наиболее заметно проявляется в орогенных поясах (геосинклиналях). Сочетание различного типа складок, сложенных неоднородными породами в различных климатических поясах, создают наиболее разнообразный горный рельеф, особенно в местах проникновения в осадочные толщи магматических пород и при сбросовых движениях.
Горный рельеф (горная система) включает многочисленные хребты, вытянутые линейно с хорошо выраженным гребнем, склонами и подножием. Высшие точки гребня составляют вершины, а понижения между ними называются седловинами.
Ряд авторов выделяет три основных морфоструктурных элемента в рельефе молодых гор альпийского орогенеза в постгеосинклинальной стадии развития.
1. Горы со сводово-складчатой и складчатой структурой, характеризуются максимальными высотами, сложной системой разло мов и очень глубоким эрозионным расчленением (Кавказ, Альпы, Гималаи). Своеобразие форм вызывается деятельностью рек, горным оледенением, интенсивностью склоновых процессов.
2. Иной характер имеют нагорья, расположенные также высоко, но относительно слабо расчлененные. Это массивы более древних складчатых сооружений, включенных в общее поднятие в постеосинклинальную стадию развития. Некоторые нагорья в недавнее геологическое время испытали проявление вулканизма и их поверхность приобрела относительно ровный характер (Армянское нагорье). В окружении более высоких складчатых гор рельеф нагорий развивается в условиях аридной денудации (Тибетское, Иранское).
3. Важная часть строения рельефа стран альпийского возраста —межгорные впадины, лежащие на несколько километров ниже (Куринская, Колхидская и др.). Обычно они заполнены мощной серией осадочных толщ за счет разрушения окружающих гор, а также озерными или речными отложениями. В период горообразования окраины некоторых платформ оказались включенными в общий процесс тектогенеза, испытали прогибание и накопление рыхлых пород. В результате образовались предгорные низменности типа Кубанской, Терской, наклонных равнин Средней Азии.
Молодые геосинклинальные зоны Земли слагаются из трех основных элементов: котловин глубоководных морей (Японское, Охотское), лишенных на дне материковой коры, островных дуг с мощной материковой корой (Японские, Курильские острова) и глубоководных желобов с океаническим типом земной коры (Курило-Камчатский, Марианский). Резкие переходы одного типа коры в другой создают высокую тектоническую активность геосинклинальных морфоструктур (рис. 11).
Наиболее ярко переходные (геосинсклинальные) зоны выражены на окраинах Тихого океана (Тихоокеанская геосинклиналь), в Карибском море, в западной части Альпийского пояса горообразования, который протягивается от Канарских островов через Средиземное море до Индонезии.
О.К. Леонтьев на основании строения глубоководных желобов, островных дуг и котловин глубоководных морей выделяет несколько типов переходных зон.
Марианский тип связан с наиболее глубокими желобами: Марианским, Тонга, Кермадек и др. В этой зоне очень активны процессы вулканизма и сейсмичности. Мощность осадочных пород настолько тонкая, что коренные породы и структуры выходят на поверхность.
Витязянский тип переходных зон представлен глубоководным желобом Витязь и Северофиджитской котловиной. Глубина желоба не более 6000 - 6500 метров. Отсутствие островной дуги отличает этот тип от других.
Курильский тип переходных зон имеет общие черты с Марианским, но характеризуется крупными островными дугами и большой мощностью континентальной коры. Особенно интенсивна весьма активная тектоническая деятельность.
Японский тип объединяет в своем составе крупные острова и мощную материковую кору, достигающую десятков километров. Характерен также интенсивный вулканизм и отрицательные аномалии силы тяжести.
Переходная зона Средиземноморского типа устроена наиболее сложно. Основу составляют крупные складчато-глыбовые горные системы (Альпы, Апеннины), разделенные глубокими морскими впадинами или понижениями суши. В их облике проявляются черты переходной стадии. Средиземноморский пояс альпийской складчатости является типичным примером постгеосинклинальной стадии развития. На западе его сохранились морские впадины — остатки древнего Тетиса с субокеаническим типом земной коры. Характерна большая мощность осадочного слоя (в Черном море более 15 километров). Сохранились в рельефе также структуры типа островных дуг (Ионические острова) и глубоководные желоба. Например, Эллинский желоб имеет глубину 5,5 километра. В направлении на восток тип коры Средиземноморской геосинклинали становится все более материковым. Восточнее южного Каспия и вплоть до Индокитая господствует мощная материковая кора, хотя высокая сейсмичность, степень расчлененности, вертикальные движения свидетельствуют о том, что переход от коры геосинклинального типа к континентальной не закончен.
ГЛАВА 3.
Проявление в рельефе Земли сейсмических явлений
К распространенным проявлениям эндогенных сил относятся сейсмические явления, которые отличаются быстротой и выделением огромного количества энергии. Глубина расположения центра землетрясений (гипоцентр) колеблется от десятков метров в рифтовых зонах до сотни километров в геосинклиналях — глубоководных океанических желобах, вблизи островных дуг. Под влиянием упругих колебаний — сейсмических волн возникают деформации земной коры, которые наиболее интенсивно проявляются вблизи эпицентра, то есть в зоне, перпендикулярной гипоцентру. Во время сильных разрушительных землетрясений в 10-12 баллов образуются трещины длиной в сотни метров, по линиям разломов происходят вертикальные смещения блоков земной коры с амплитудой до нескольких десятков метров. Нередко наблюдаются явления надвигов, горизонтальных сдвигов, иногда складчатых деформаций. Известно, например, что при Ашхабадском землетрясении 1948 года на поверхности земли образовалось множество трещин. Они тянулись на многие десятки метров, пересекая холмы и долины без видимой связи с поверхностным рельефом. По ним шло вертикальное перемещение с амплитудой более 1 метра. Во время Беловодского землетрясения в Киргизии (1885 год) вертикальные движения достигали 2,5 метров. При землетрясении в Португалии в 1770 году набережная г. Лиссабона мгновенно ушла под воду, а залив, возникший на ее месте, достигал 200 метров глубины. Известно, что во время землетрясения в Японии в 1923 году часть залива Сагами к югу от Токио площадью около 150 квадратных километров, поднялась на 200 - 250 метров, другая опустилась на 150 - 200 метров. В 1957 году сильные сейсмические толчки в Гоби-Алтае образовали грабен шириной около 800 метров, длиной 3 километра.
Во второй половине нашего столетия наиболее разрушительные землетрясения наблюдались в Чили, Мексике, Калифорнии и на Аляске. Они привели к заметным изменениям очертания тихоокеанского побережья Северной и Южной Америк, крупным погружениям, образованиям новых заливов и т.д. Еще свежи в памяти страшные последствия землетрясения в Армении в 1989 году, которые выразились в образовании глубоких трещин, вертикальных и складчатых движениях. О силе сейсмических процессов свидетельствует выделяющаяся колоссальная энергия, достигающая 1025 эргов или 1018 джоулей.
Определенную роль в изменениях рельефа играют моретрясения, то есть сейсмические проявления с эпицентром на дне океана.. Под их воздействием сдвигаются огромные массы рыхлых пород, скопившихся на склонах морского дна, вызывая перемещение и переотложения океанических осадков.
Вызываемые моретрясениями гигантские волны — цунами, обрушиваясь на берег, производят крупные разрушения и изменения береговой линии.
Не меньшую роль в изменении и преобразовании земной поверхности играют процессы, следующие за подземными толчками, особенно в горных районах. Наибольшее распространение имеют обвалы, осыпи, оползни, оплывины, осовы. В 1911 году мощный обвал на Памире создал плотину в долине реки Мургаб, достигающую высоты 600 метров и ширины 5 километров. Выше плотины образовалось Сарезское озеро длиной около 60 километров. В результате изменилось положение базиса эрозии впадающих рек. Таково же происхождение плотины в верховьях реки Баксан на Кавказе; последствия Армянского землетрясения 1989 года проявились в грандиозных оползнях и оплывинах. Стихийные разрушения и изменения рельефа известны в Таджикистане, где в 1949 году обвалы и оползни, вызванные Хаитским землетрясением полностью погребли селение Хаит, причем мощность оползня достигла нескольких десятков метров.
Нередко землетрясения служат причиной гигантских горных селей, которые производят разрушительную, преобразующую работу на склонах, а у подножий гор формируют обширные конусы выноса.
Следует напомнить, что сейсмические явления на Земле, отличаясь мощной энергией, локализованы в пространстве и приурочены к древним и современным геосинклиналям, линиям сверхглубинных разломов, рифтовым зонам. Нередко сейсмические области совпадают с областями распространения действующих и потухших вулканов.
Достарыңызбен бөлісу: |