Рельеф

Рельеф

Геоморфология - физико-географическая наука, тесно связанная с другими науками этого цикла. Вместе с тем она так же тесно связана с геологией. Ни физическая география, ни общая геология не могут существовать без геоморфологии, так же как геоморфология немыслима вне физической географии или геологии.

Широко известно положение марксистской диалектики о том, что процесс развития складывается в единстве и борьбе противоположностей, где противоречия между различными силами и явлениями оказываются основной причиной развития. И здесь важно выделить ведущие противоречия. Система знаний тогда становится наукой, когда вскрывает ведущее противоречие, определяющее развитие изучаемых явлений. Для геоморфологии - это противоречие между внутренними, эндогенными, и внешними, экзогенными, факторами развития рельефа.

Удивительно разнообразен рельеф земной поверхности. Острые пики гор и необъятная ширь равнин, суровые плоскогорья и низменности, пересекаемые серебристыми лентами рек, величественные конусы вулканов и сумрачные теснины каньонов, наполненные шумом стремительных потоков, - все это мы называем рельефом. Суша континентов и впадины океанов, с одной стороны, овраг и речной перекат, с другой, - вот диапазон объектов, изучаемых геоморфологией - наукой о строении, происхождении, истории развития и современной динамике рельефа земной поверхности.

Рельеф Земли - совокупность форм, имеющих определенное геологическое строение и подвергающихся постоянному воздействию как внутренних (эндогенных), так и внешних (экзогенных) сил Земли - атмосферы, гидросферы, биосферы. Этим и определяется своеобразие положения геоморфологии в системе наук о Земле.

Как сумела геоморфология рассмотреть какой-то порядок в хаосе неровностей земной поверхности?

Рельеф - та основа, на которой живет и занимается хозяйственной деятельностью человек. Не удивительно поэтому, что практические его потребности уже давно способствовали появлению начальных представлений о происхождении и развитии отдельных форм рельефа и о создающих их процессах.

Рельеф

Трудами зарубежных и отечественных геологов и географов к концу прошлого и началу нынешнего столетия были выяснены многие вопросы происхождения форм рельефа, в том числе ледниковых и эрозионных. Исследователи хорошо представляли большую роль внутренних, тектонических факторов (т. е. движений земной коры и созданных этими движениями структур) в образовании и развитии рельефа гор и равнин.

У. М. Дейвс (1850-1934)

Схема "нормального" эрозионного цикла (по У. Дейвису) и пример приложения общей схемы У. Дейвиса к реальной эволюции рельефа: схема развития куэст. В полого залегающих пластах чередуются устойчивые к эрозии осадочные породы с неустойчивыми. В результате возникают асимметричные гряды - куэсты

Начало эрозионного цикла

Стадия юности

Стадия зрелости

Стадия дряхлости

Условный возраст отложений: внизу более древние

В результате непрерывной борьбы и взаимодействия между ними образуются все формы рельефа земной поверхности. Главной задачей геоморфологии стало изучение, анализ этого взаимодействия и выяснение основных особенностей рельефа - морфологии, происхождения и истории развития.

Успех концепции Дейвиса был большим. Впервые геоморфологи получили нечто вроде периодической системы элементов - стройную теорию, дающую метод изучения рельефа. Четкая формула - "структура, процесс, стадия" - казалась ключом ко всем тайнам развития рельефа. Популярности учения способствовали и лекции, прочитанные Дейвисом в европейских университетах, и его талант педагога, и многочисленные полевые исследования (в том числе в Средней Азии), дававшие ему богатый материал для теоретических построений.

И все-таки это был еще период "детства" геоморфологии. Происходило накопление знаний, фактов, представлений по отдельным вопросам и проблемам, но не было еще системы знаний. Первым такую систему знаний - общую концепцию развития рельефа попытался создать американский геоморфолог Уильям Моррис Дейвис.

Суть концепции У. Дейвиса в следующем. Представим себе выровненный участок земной поверхности, испытавший тектоническое поднятие. Внешние силы - экзогенные процессы - начинают его преобразовывать, разрушать, создавая определенные формы рельефа. От чего будет зависеть характер этих форм? Во-первых, от особенностей внутреннего строения - структуры поднятого участка (сложен он массивными кристаллическими породами или слоистыми осадочными, залегают они горизонтально, наклонно или смяты в складки, устойчивы к разрушению или, наоборот, податливы и т. д.). Во-вторых, от того, какой экзогенный процесс будет воздействовать на поднятый участок: речная эрозия, деятельность ледников, засушливые (аридные) процессы или морское волнение. Наконец, в-третьих, от того, на какой стадии находится развитие процесса. Например, при эрозионном расчленении (разрушении текучими водами) сначала образуются неглубокие, а затем - глубоко врезанные долины с крутыми склонами. Это стадии "юности" и "зрелости" рельефа. Процессы выветривания и сноса (денудации) будут полностью разрушать образовавшиеся водораздельные хребты, которые превратятся в низкие горы, а позднее - в холмы. Это стадия "старости". На стадии "дряхлости" образуется ландшафт невысокой, слегка волнистой почти-равнины, или пенеплена, как назвал ее Дейвис. Вот в этих последовательных изменениях рельефа и заключается, по представлениям Дейвиса, геоморфологический цикл. Если суша вновь испытает поднятие, цикл повторится. Сравнивая рельеф разных территорий, можно путем дедукции реконструировать формы предшествующих стадий и найти следы прошлых циклов.

У Дейвиса были не только сторонники, но и противники, выступавшие с резкой критикой его взглядов. Критика облегчалась тем, что учению Дейвиса действительно были присущи серьезные недостатки, главный из которых - схематизм.

На рубеже веков возникло одно из важнейших представлений современной геоморфологии - понятие о генетическом типе рельефа. Это комплекс форм, образованных одним процессом или группой родственных процессов, находящихся в определенном сочетании друг с другом. Действующие на Земле экзогенные процессы проявляются в своих противоположных, но диалектически связанных сторонах - разрушении и созидании. Для обозначения разрушительной деятельности каждого экзогенного процесса в геоморфологии существуют специальные термины: размыв текучей водой - эрозия, волнами - абразия, разрушение на контакте со снежником - нивация, выпахивание ледником - экзарация, выдувание ветром - дефляция и т. д. Совокупное действие процессов разрушения земной поверхности называют денудацией. Накопление продуктов разрушения именуют общим термином - аккумуляцией (водная, ледниковая, морская и пр.). Деятельность текучей воды называют флювиалъным процессом.

В результате морской абразии образуются береговые обрывы - клифы

Эти причудливые каменные останцы на вершине Демерджи созданы силами природы

Флювиальный (эрозионно-аккумулятивный) рельеф

Горные ледники преобразуют узкие эрозионные долины в широкие ледниковые троги

В. Пенк (1888 - 1923)

Историко-геологический подход В. Пенка оказался важным дополнением к географическому подходу У. Дейвиса. Однако если Дейвис анализировал многие экзогенные процессы, то Пенк вынужден был ограничиться одним. Позже геоморфологи говорили, что концепция Дейвиса шире, но поверхностнее, а концепция Пенка глубже, но уже.

Атлантическая подводная окраина Северной Америки

Попытка преодолеть недостатки учения У. Дейвиса была предпринята в 20-е годы в Германии Вальтером Пенком. Необычный, оригинальный подход к проблеме, яркий талант, самоотверженная работа и ранняя кончина (В. Пенк умер в возрасте 35 лет) обусловили большой интерес к жизни и творчеству ученого.

В. Пенк сформулировал задачу геоморфологии следующим образом. Рельеф земной поверхности - результат взаимодействия экзогенных и эндогенных процессов. Формы рельефа мы видим своими глазами. Деятельность экзогенных процессов также доступна непосредственному изучению. А нельзя ли, исследуя рельеф и выделяя экзогенную его составляющую, получить информацию об эндогенной составляющей, о внутренних процессах?

Говорят: для того чтобы решить проблему, надо правильно сформулировать ее. Справиться с проблемой В. Пенку оказалось не под силу. Но он настолько четко обозначил ее, что и в наши дни целое научное направление решает эту точно поставленную задачу. Более того, ныне В. Пенк вместе с У. Дейвисом по праву считается основоположником современной теоретической геоморфологии.

В. Пенк привлек внимание исследователей к очень важной проблеме - развитию склонов, перемещению на них обломочных масс; разработал представление о восходящем и нисходящем развитии рельефа (в первом случае тектоническое поднятие преобладает над разрушающим действием денудации, во втором - наоборот). Наконец, для восстановления истории развития денудационного рельефа он одним из первых обратился к изучению отложений, образовавшихся в результате формирования этого рельефа, соответствующих ему или, как говорят, коррелятных рельефу.

Современники не сразу поняли, что учение В. Пенка лишь на первый взгляд отвергает концепцию У. Дейвиса, а на самом деле оба подхода взаимно дополняют друг друга. Поэтому между сторонниками обеих концепций началась жаркая полемика, отзвуки которой были слышны до самого недавнего времени. Между тем обе концепции имели общий, существенный недостаток: отсутствие, как мы сейчас сказали бы, глобального подхода к проблеме, взгляда на рельеф Земли как на свойство планеты. Теперь ясно, что, прежде чем объять всю Землю, надо было внимательно разобраться в той груде разрозненных фактов, которая уже накопилась. Несмотря на все усилия, это оказалось непросто. Дейвис смог заняться лишь четырьмя "циклами" (т. е. группами экзогенных рельефообразующих процессов), Пенк - только эрозионно-денудационной группой. Как охватить все многообразие рельефа Земли, не зарываясь в частности и не упуская из виду целого?

Горный поток

Изучением взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов занимались два наших ученых (позже - академики) - К. К. Марков и И. П. Герасимов. Независимо друг от друга каждый из них выступил с публикацией своих взглядов (И. П. Герасимов в 1946 г. и позднее - в 1959 г., К. К. Марков - в 1948 г.).

Перемещение "центра тяжести" теоретических исследований в СССР, конечно, не случайно. С первых лет Советской власти исследования рельефа в нашей стране получили широкий размах. Геоморфологические работы предшествовали строительству крупных железных дорог, гидроэлектростанций (начиная с первенца нашей гидроэнергетики - Волховской ГЭС), сопровождая поиски россыпей золота, месторождений бокситов и других полезных ископаемых. Большую роль сыграли успехи в развитии смежных геологических и географических наук - геотектоники, геофизики, гидрологии, физической географии, палеогеографии четвертичного периода и др.

Советский ученый К. К. Марков отличался широтой научного кругозора, колоссальной работоспособностью, оригинальностью научного мышления. Он сочетал в себе качества неутомимого полевого исследователя и вдумчивого ученого-теоретика.

Свой метод изучения взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов К. К. Марков назвал методом геоморфологических уровней. Сущность его состоит в следующем. Несмотря на то, что видимые нами проявления в рельефе эндогенных сил (горы, возвышенности, впадины и т. д.) выглядят гораздо грандиознее и эффектнее, чем формы, созданные экзогенными процессами (речная долина, моренный холм, ледниковый цирк в горах или овраг), суммарное их проявление в масштабе геологического времени, как это ни странно, количественно соизмеримо. (К настоящему времени это положение неоднократно подтверждено подсчетами скоростей денудации. Эти скорости таковы, что в высоких горах процессами денудации срезается в год слой средней мощностью от 0,2 - 0,5 до 1 мм, и если бы горы не "подновлялись" восходящими тектоническими движениями, они через несколько миллионов лет после своего образования были бы полностью уничтожены.) Если вертикальные движения земной коры прекратятся, экзогенные процессы будут выравнивать рельеф, стремясь создать почти горизонтальные (уровенные) поверхности, совокупность которых будет покрывать весь земной шар. Эти поверхности К. К. Марков и назвал геоморфологическими уровнями. Изучение деформированных - поднятых или опущенных - уровней позволяет установить проявления вертикальных движений, исследовать деятельность эндогенных факторов.

В современную эпоху выровненные поверхности связаны с теми уровнями, где действуют самые интенсивные экзогенные процессы, и выражены они в тех районах земного шара, где установилось относительное равновесие между внутренними и внешними силами.

Основные генетические категории рельефа - горы и равнины

Основные генетические категории рельефа - горы и равнины

Некоторые геоморфологические уровни

Таковы поверхности морской абразии и аккумуляции, полосой окаймляющие материки и привязанные к уровню океана. Таковы же эрозионно-аккумулятивные (денудационные) поверхности равнин материков, связанные с деятельностью рек и процессов денудации в их бассейнах. Наконец, в горах на разной высоте встречаются формы рельефа, привязанные к уровню снеговой границы.

В эпохи плейстоценовых оледенений, последнее из которых закончилось чуть больше 10 тыс. лет назад, уровень снеговой границы был ниже современного ее положения, так же как и уровень океана. На равнинах материков тоже протекали процессы, сильно отличающиеся от современных. Поэтому, применяя метод геоморфологических уровней, необходимо внимательно изучать их положение в прошлом.

Там, где интенсивные движения земной коры нарушают равновесие между внутренними и внешними силами, возникают области горного рельефа. Следовательно, горы и равнины - две основные генетические категории рельефа Земли, отражающие характер взаимодействия этих сил.

Не только в горах, но и на равнинах отчетливо видны признаки великого противоборства, идущего с переменным успехом. Существуют два основных типа равнин: денудационные и аккумулятивные. Первые образуются на территориях, испытывающих слабые поднятия, вторые приурочены к районам опусканий.

Выделяя геоморфологические уровни, К. К. Марков как бы смотрел на рельеф Земли сбоку, "в профиль". Концепция И. П. Герасимова - это взгляд на рельеф "сверху". Решая все ту же основную проблему геоморфологии - анализ взаимодействия эндогенных и экзогенных факторов, он выделил три генетические категории форм, охватывающие все многообразие рельефа земной поверхности.

Наиболее крупные формы - материки, океанические впадины, равнинно-платформенные области, главные горные пояса - он назвал элементами геотектуры. Предполагается, что они обязаны своим происхождением силам общепланетарного (космического) масштаба, взаимодействующим со всеми другими процессами рельефообразования.

Аккумулятивные равнины с поверхности сложены толщами молодых осадков, морских, речных, озерных и т. д. Чаще всего они рыхлые, так как, накапливаясь быстро, не успевают уплотняться.

Денудационные равнины, образовавшиеся на месте древних уничтоженных гор, сложены кристаллическими - изверженными и метаморфическими - породами и носят название цокольных. Денудационные равнины, образовавшиеся на месте древних аккумулятивных, сложены горизонтально залегающими пластами осадочных горных пород - песчаников, известняков, доломитов и др. Их так и называют - пластовые равнины.

Денудационная равнина в Восточной Сибири

Денудационное плато в Средней Азии

Высокогорный тип рельефа свойствен молодым горным странам

Долинный комплекс реки Левой Хетты в Западной Сибири

Среди морфоструктур существует определенная система соотношений, иерархия: наиболее крупные морфоструктуры состоят из нескольких средних, те в свою очередь - из ряда небольших и т. д. Характер, размеры, расположение морфоструктур определяются теми тектоническими структурами и процессами, с которыми они связаны. Морфоскульптуры также подчиняются определенной иерархии, но характер ее совершенно иной. Деятельность экзогенных процессов, их сочетание определяются климатом данной территории, поэтому они подчиняются основному закону географической оболочки - закону зональности.

Элементы морфоструктуры - это преимущественно крупные формы рельефа, которые возникают в ходе взаимодействия эндогенных и экзогенных сил при ведущей, определяющей роли эндогенного фактора - движений земной коры. Это отдельные горные системы и их части: хребты, нагорья, плоскогорья, межгорные впадины, низменности и возвышенности равнин, отдельные тектонические структуры (складки выпуклые - антиклинали и вогнутые - синклинали, поднятые и опущенные блоки земной коры, ограниченные разломами), выраженные в рельефе.

Наконец, морфоскульптура - это преимущественно небольшие формы, образованные экзогенными процессами во взаимодействии с другими рельефообра-зующими факторами. Примеры морфоскульптур - моренная гряда, балка, тро-говая долина, песчаная дюна и т. д. Надо сразу сказать, что эта классификация не просто разделение форм рельефа на крупные, средние и мелкие. Категории рельефа выделены по их происхождению, по признаку ведущего фактора, который, однако, никогда не действует в одиночку, а всегда взаимодействует с другими.

Морфоструктуры образуют основу, остов рельефа, морфоскульптуры - своего рода орнамент, покрывающий этот остов.

Самая крупная единица классификации морфоскульптур - морфоскульптурная зона. Она выделяется по признаку основного экзогенного процесса, оказавшего влияние на ее рельеф в настоящее время или в прошлом (например, зона древне ледниковой, флювиальной, аридной морфоскульптуры). Части морфоскульптурной зоны - страны, провинции, области, районы - отражают индивидуальные особенности различных территорий, чаще всего определяемые морфоструктурными условиями.

Разработанные почти одновременно и независимо одна от другой концепции К. К. Маркова и И. П. Герасимова были взяты на вооружение геоморфологами и прошли серьезную проверку практикой. Время показало жизненность обеих концепций. Новый подход к изучению эндогенных процессов получил название морфоструктурного анализа, а одним из основных его методов стал анализ деформаций разновозрастных поверхностей выравнивания, представляющих собой конкретное выражение в рельефе геоморфологических уровней.

Морфоструктуры суши

Известняки при горообразовании сминаются в складки и поднимаются на значительную высоту

Для осадочных пород в горных областях характерны ступенчатые формы выветривания

Над долиной Терека поднимается величественный Казбек

Особенно широко морфоструктурный анализ стал применяться в нашей стране для поисков выраженных в рельефе складок земной коры - тектонических структур, к которым приурочены залежи нефти и газа. Другое направление прикладных морфоструктурных исследований - изучение современных движений земной коры и выделение сейсмоопасных зон.

Большое прикладное значение имеет изучение поверхностей выравнивания. Во-первых, с ними часто связаны месторождения кор выветривания, такие, как бокситы, железные, никелевые, марганцевые руды и др. Во-вторых, изучение денудационных участков поверхностей выравнивания позволяет определить глубину денудационного среза. Так называют среднюю толщину поверхностного слоя породы (земной коры), удаляемого всеми агентами денудации за единицу времени. Это очень важно для тех районов, где есть месторождения рудных полезных ископаемых, связанные с внедрившимися в толщу земной коры магматическими телами. При остывании таких тел на определенных расстояниях от их центров образуются зоны повышенной концентрации определенных химических элементов. В зависимости от глубины, на которую денудация срезала магматическое тело, на поверхность будут выведены различные месторождения.

Горы и равнины - главные элементы рельефа материков. Так, на материке Евразии выделяются обширные равнины: низменные - Восточно-Европейская и Западно-Сибирская, возвышенные - Восточно-Сибирская, равнины Индостана и Аравии, высокие - Центральной Азии. По окраинам материков возвышаются либо сравнительно невысокие горы типа Скандинавских, либо (и чаще!) высокие и высочайшие горы, опоясывающие большую часть Евразийского континента с юга (от Пиренеев и Альп до Гималаев и гор Индокитая), средние и высокие (по южной окраине Китая, на советском Дальнем Востоке и Северо-Востоке СССР).

Поверхность Земли при рудо-образовании

При остывании внедрившегося в земную кору магматического тела на разной глубине образуются различные полезные ископаемые. По мере того как поднятый участок земной поверхности будет разрушаться денудацией, на поверхности окажутся все более глубоко образовавшиеся месторождения. Зная глубину денудационного среза, можно предвидеть, какие полезные ископаемые залегают близко к поверхности. В области же накопления материалов разрушения проводятся поиски осадочных, в том числе россыпных, месторождений

Сходную картину являет нам Северная Америка: низменные равнины центральной части материка, орошаемые гигантской речной системой Миссисипи и ее притоков, к востоку, западу и северу переходят в приподнятые равнины бассейна Огайо, Среднего Запада и Канады. На периферии материка протягиваются в восточной части низкие и средневысотные Аппалачи, в западной - гигантская горная система Скалистых гор и Кордильер. Подобные же черты мы можем видеть на остальных материках. Это относится и к Антарктиде. Если удалить ледовый покров, образующий большую часть поверхности материка, то окажется, что коренное ложе средней Антарктиды располагается также на низкой абсолютной высоте, местами даже ниже уровня моря. Эта главная черта строения материков объясняется особенностями строения и эволюции континентальных морфоструктур. Выяснено, что обширные срединные области материков по своей геологической структуре представляют собой так называемые древние материковые платформы. Эти тектонически устойчивые области сложены материковой корой, сформировавшейся еще в докембрийское время - от 600 - 670 млн. до 3,5 млрд. лет назад. Базальты, граниты, метаморфические сланцы и песчаники - характерные породы древних платформ. Около 600-1000 млн. лет назад по краям этих первичных платформ стали образовываться впадины, в которых накапливались продукты разрушения горных пород платформ и остатки морских организмов, населявших эти бассейны. Позже эти осадки подверглись интенсивным тектоническим воздействиям - складчатости, метаморфизму (т. е. изменениям под действием высоких температур и давления), внедрению в них магматических пород; они превратились в жесткую земную кору континентального типа. Завершились преобразования сначала поднятием бывших прогибов и окраинных бассейнов, а затем общим поднятием, сопровождавшимся складчатыми деформациями и возникновением разломов в земной коре.

Совокупность этих процессов в геологии называют геосинклинальным горообразованием. Эпох геосинклинального горообразования (складчатости) история формирования материков насчитывает четыре - каледонская, герцинская, мезозойская, альпийская складчатости.

Крупнейшие древние платформы - Восточно-Европейская, Сибирская, Индо-станская, Африканская, Австралийская, Северо-Американская, Южно-Американская. Поверхность древних докембрийских пород - фундамента платформ неровная. Области выхода фундамента на поверхность получили название щитов. Они в течение почти полумиллиарда лет медленно поднимались, подвергаясь действию денудации. Морфоструктурам щитов соответствуют цокольные, обычно возвышенные равнины или невысокие горы - кряжи: Балтийский, Анадырский щиты в Евразии, Канадский в Северной Америке, Бразильский и Гвианский в Южной Америке.

Большую часть платформ занимают области, где фундамент перекрыт пластами осадочных пород - чехлом. Его мощность около 5 км, а конкретные значения зависят от того, насколько поднят или погружен фундамент. В районе Москвы, например, фундамент лежит на глубине более 1 км. В рельефе таких областей преобладают пластовые равнины и их разновидности. На некоторых участках платформ фундамент погружен очень глубоко, это области опусканий. Для таких морфоструктур характерны аккумулятивные равнины: Прикаспийская и Печорская низменности,