Определение геоморфологии как науки и объекта ее изучения

СР № 1

 

1. Определение  геоморфологии как науки и  объекта ее изучения

 

Геоморфология — наука о строении, происхождении, истории развития и современной динамике рельефа земной поверхности. Следовательно, объектом изучения геоморфологии является рельеф, т. е. совокупность неровностей земной поверхности, разных по форме, размерам, происхождению, возрасту и истории развития.

 

 Рельеф поверхности Земли—это  комплекс форм, которые имеют  определенное геологическое строение  и подвержены постоянному воздействию  атмосферы, гидросферы и внутренних сил Земли. Поэтому изучение рельефа невозможно как без четкого представления о составе и свойствах слагающих его горных пород, так и без знания воздействующих на него процессов.

 

 Земная кора, верхняя часть  которой образует рельеф, 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, 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 пронизывает 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 опосредованно, 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 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 ледники в умеренных, тропических и экваториальном поясах могут возникнуть 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 сила тяжести, сила земного притяжения. Хотя движение масс в направлении, противоположном действию вектора силы тяжести, также возможно и оно происходит, но при этом движение масс всегда должно преодолевать силу тяжести. 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.

 

 Общий облик рельефа и  характер рельефообразующих процессов  зависят также от частоты смены  положительных и отрицательных  форм рельефа, степени их контрастности  и географического положения  того или иного участка земной  поверхности. Наконец, рельеф испытывает существенные изменения в результате разнообразной хозяйственной деятельности человека.

 

 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.

 

 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 рельеф—составная часть географической среды. Поэтому наиболее плодотворным изучение рельефа и законов его развития может быть 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 современного рельефа. В познании рельефа геоморфология использует достижения не только географии и геологии, но и многих других наук естественно-исторического цикла. 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Методы изучения  современных движений

 

Уже древним грекам и римлянам, обитавшим в тектонически и сейсмически  высокоактивной области Средиземноморья, было известно, что земная поверхность может испытывать поднятия и опускания, хотя их догадки о причинах этого были весьма наивны и долго оставались такими. Не было и никакого представления о масштабах и скоростях этих движений. Впервые попытку определить знак и скорость современных движений предпринял в XVIII в. знаменитый шведский естествоиспытатель А. Цельсий. Заинтересовавшись колебаниями уровня Балтийского моря, он сделал засечки на гранитных скалах шведского побережья, чтобы наблюдать за колебаниями уровня моря относительно этих засечек. Позже, в XIX в., известный исследователь Сибири И. Д. Черский сделал то же на берегу Байкала. В том же XIX в, по таким засечкам в Швеции и Финляндии было установлено, что северная часть побережий Балтики испытывает поднятие, а южная — опускание. Несмотря на очевидность определяющей роли в этом движений земной коры, в геологической литературе долго шли споры о том, что служит основной причиной колебания уровня океана и связанных с ним морей — тектонические движения земной коры континентов или собственные, эвстатические, колебания уровня океана, обусловленные изменениями объема бассейнов или заключенных в них масс воды. Это противоречие было разрешено лишь в 20-е годы нашего века финским геологом В. Рамзаем, указавшим, что в действительности взаимодействуют оба фактора — тектонический и эвстатический.

Систематическое изучение современных  движений началось в конце XIX в.; таким  образом, инструментальные наблюдения этих движений ведутся уже в течение  столетия. За это время был разработан ряд специальных методов изучения как вертикальных, так и горизонтальных движений, причем, как увидим ниже, особенно значительный прогресс был достигнут в этой области в последние полтора—два десятилетия. Возник особый раздел тектонической науки, для которого В. Е. Хаин предложил название актуотектоники.

 

 Методы изучения  вертикальных движений

 

Старейшим из методов изучения вертикальных движений является водомерный метод, представляющий дальнейшее развитие идей Цельсия и  Черского.

Начиная с 80-х годов прошлого столетия во многих портах мира были установлены водомерные приборы — сначала рейки, затем мареографы с самозаписывающим устройством для наблюдений за изменением положения уровня моря. Эти изменения, как и отмечалось, обусловлены двумя причинами: 1) собственными, эвстатическими, колебаниями уровня Мирового океана, обязанными изменению объёма его водной массы или рельефа дна; 2) поднятием или опусканием бeрeгов. Aлгeбpaичecкoе суммирование результатов наблюдений по всем портам мира, где установлены водомерные приборы, показывает, что в последнее столетие происходит систематическое повышение уровня океана со скоростью примерно 1,2 мм/год. Оно вызвано скорее всего таянием ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии в связи с потеплением климата Земли. Между тем регистрируемые изменения уровня имеют, как правило, более высокие значения и различный знак, что указывает на решающее значение второго фактора — движений береговой суши. Очевидно, чтобы получить правильное представление об амплитуде и скорости последних, надо вычесть (в случае опускания) или сложить с замеренной величиной эвстатическую компоненту — 1,2 мм/год.

Водомерные наблюдения ведутся  не только на берегах океанов и  морей, но и на крупных озерах и  реках, где интерпретация их результатов  не отличается от вышеизложенной.

Метод повторного нивелирования. По мере строительства железных дорог появилась необходимость периодического высокоточного нивелирования вдоль их линий для обеспечения безопасности движения. Повторное нивелирование выявило изменение отметок реперов со временем. Оказалось, что в большинстве случаев эти изменения нельзя объяснить деформацией поверхности за счет экзогенных явлений (просадка или выпучивание грунта), что они носят систематический характер, т. е. происходят в данном пункте с одним знаком, и что этот знак обычно совпадает со знаком той структуры, на которой репер расположен. Это привело к выводу, что основной причиной смещения реперов являются движения земной коры и что, следовательно, результаты повторного нивелирования вдоль железнодорожных линий могут быть использованы для выявления современных вертикальных движений суши (рис. 4.1). При этом необходимо увязать между собой измерения вдоль различных линий и привязать их к уровню океана в портах, где ведутся водомерные наблюдения. Подобная обработка данных повторного нивелирования позволила составить карту современных движений европейской части СССР (1958, 1963 гг.), а затем и всей Восточной Европы (1971 г.). Карты эти были составлены под руководством Ю. А. Мещерякова.

В дальнейшем повторное высокоточное нивелирование вошло в комплекс наблюдений, производимых на специальных геодинамических полигонах, которые были организованы в бывшем СССР в ряде районов (пос. Гарм в Таджикистане, окрестности Ашхабада, Ташкента, оз. Баскунчак в Астраханской области, Кольский полуостров и др.).

Результаты изучения современных  вертикальных движений обними описанными выше методами показали, что они  происходили со скоростью от долей  до несколько миллиметров, реже более 10 мм/год. В большинстве случаев, как отмечалось, знак движений согласуется со структурным планом, указывая на унаследованное развитие поднятий и прогибов; для Русской равнины такое соответствие наблюдается примерно в 70% случаев. Тем не менее в ряде районов знак движений и структур не совпадает: так, Прикаспийская впадина по данным нивелировок испытывает поднятие, а Урал с прилегающими районами — опускание (но относительное поднятие по сравнению с непосредственным обрамлением). Парадоксально то, что на Русской равнине местами, например в центральной части Украинского щита, скорость поднятий оказывается не меньшей, чем на Кавказе, — более 10 мм/год. Если допустить, что поднятие здесь шло с такой скоростью хотя бы в течение всего последнего миллиона лет, оно должно было создать (без поправки на денудацию) горы высотой в 10 км! И вообще скорость современных движений оказывается минимум на один - два порядка выше, чем измеренная методом анализа мощностей для движений более отдаленного геологического прошлого, и на порядок выше, чем установленная геоморфологическими методами для новейших движений. Этот «парадокс скоростей» может иметь двоякое объяснение: 1) реальное ускорение вертикальных движений в новейшую и особенно современную эпоху и 2) вертикальные движения имеют колебательный характер и истинное представление об их скорости может дать лишь алгебраическое суммирование за достаточно длительный промежуток времени. Современная эпоха действительно отличается высоким темпом вертикальных движений, но все же это ускорение недостаточно для объяснения «парадокса скоростей». Основное значение имеет, очевидно, колебательный характер движений, который подтверждается рядом фактов: изменением знака движений в портах Каспия относительно одного из них, принимаемого за неподвижный, или реперов при проведении третьего тура нивелировок в Прибалтике и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Магматизм и рельеф.

 

Магматизм играет важную и весьма разнообразную роль в рельефообразовании. Это относится  и к интрузивному, и к эффузивному  магматизму. Формы рельефа, связанные  с интрузивным магматизмом могут  быть как результатом непосредественного влияния магматических тел, так и следствием препарировки интрузивных магматических пород, которые, как уже упоминалось, нередко являются более стойкими к воздействию внешних сил, чем вмещающие их осадочные породы.

 

Батолиты чаще всего приурочены к осевым частям антиклинориев. Они образуют крупные положительные формы рельефа, поверхность которых осложнена более мелкими формами, обязанными своим возникновением воздействию тех или иных экзогенных агентов в конкретных физико-географических условиях.

 

Лакколиты встречаются  в одиночку или группами и часто  выражаются в рельефе положительными формами в виде куполов. Хорошо известны лакколиты Северного Кавказа  в районе г. Минеральные Воды: горы Бештау, Лысая, Железная, Змеиная и  др. Типичные, хорошо выраженные в рельефе лакколиты известны также в Крыму (горы Аю-Даг, Кастель).

 

 От лакколитов  и других интрузивных тел нередко  отходят жилоподобные ответвления,  называемые апофизами. Они секут  вмещающие породы в разных  направлениях. Отпрепарированные апофизы на земной поверхности образуют узкие, вертикальные или крутопадающие тела, напоминающие разрушающиеся стены.

 

 Пластовые  интрузии выражаются в рельефе  в виде ступеней, аналогичных  структурным ступеням, образующимся  в результате избирательной денудации в осадочных породах (рис. 17, А—А). Отпрепарированные пластовые интрузии широко распространены в пределах Среднесибирского плоскогорья, где они связаны с внедрением пород трапповой формации.

 

 Магматические  тела усложняют складчатые структуры и их отражение в рельефе. Четкое отражение в рельефе находят образования, связанные с деятельностью эффузивного магматизма, или вулканизма, который создает совершенно своеобразный рельеф.

 

 В зависимости  от характера выводных отверстий  различают извержения площадные, линейные и центральные. Площадные извержения привели к образованию обширных лавовых плато. Наиболее известные из них—лавовые излияния на Колумбийском плато и плоскогорье Декан. Сплошным покровом могут покрывать обширные пространства земной поверхности излившиеся массы и при трещинном вулканизме.

 

 В современную  геологическую эпоху наиболее  распространенным видом вулканической  деятельности является центральный  тип извержений, при котором магма  поступает из недр к поверхности  к определенным «точкам», обычно располагающимся на пересечении двух или нескольких разломов. Поступление магмы происходит по узкому питающему каналу. Продукты извержения отлагаются периклинально (т. е. с падением во все стороны) относительно выхода питающего канала на поверхность. Поэтому обычно над центром извержения возвышается более или менее значительная аккумулятивная форма—собственно вулкан.