Генезис рельефа

Главное исходное положение современной геоморфологии — представление о том, что рельеф формируется в результате взаимо­действия эндогенных и экзогенных процессов. Этот тезис является одновременно наиболее общим определением генезиса рельефа Земли вообще, но он безусловно остается слишком общим и дол­жен быть детализирован при рассмотрении конкретных форм или комплексов форм рельефа.

Как уже говорилось выше, наиболее крупные формы рельефа — планетарные, мега- и макроформы, а в некоторых случаях и мезо-формы — имеют эндогенное происхождение. Своим образованием они обязаны особенностям структуры земной коры.

Эндогенные и экзогенные процессы формирования рельефа взаимосвязаны. Экзогенные процессы в ходе своей деятельности либо усложняют, либо упрощают рельеф эндогенного происхожде­ния. В одних случаях экзогенные агенты вырабатывают более мел­кие мезо- и микроформы, в других — срезают неровности коренного рельефа, в-третьих — происходит погребение или усложнение эндо­генного рельефа за счет образования различных аккумулятивных форм. Характер воздействия экзогенных агентов на рельеф эндо­генного происхождения в значительной мере определяется тенден­цией развития рельефа, т. е. тем, являются ли господствующими восходящие (положительные) движения земной коры или же пре­обладают нисходящие (отрицательные) движения.

По существующим представлениям основным источником энер­гии эндогенных рельефообразующих процессов является тепловая энергия, продуцируемая главным образом гравитационной диффе­ренциацией и радиоактивным распадом вещества недр Земли.

Гравитация и радиоактивность, разогрев и последующее охлаж­дение недр Земли неизбежно ведут к изменениям объема масс веществ, слагающих мантию и земную кору. Расширение зем­ного вещества в ходе нагревания приводит к возникновению восхо­дящих вертикальных движений как в мантии, так и в земной коре. Земная кора реагирует на них либо деформациями без разрыва пластов (образованием складчатых нарушений, или пликативных дислокаций), либо разрывами и перемещением ограниченных раз­рывами блоков (дизъюнктивные дислокации) земной коры. Склад­чатые дислокации образуются также и в тех случаях, когда движе­ние блоков влечет за собой вспучивание или сползание по склонам поднимающихся блоков пород, находящихся в пластичном или по-лупластичном состоянии.

Разрывы могут проникать в толщу коры, проходить сквозь нее и достигать очагов расплавления пород. Тогда гигантские трещи­ны превращаются в каналы, по которым расплавленное вещество — магма — устремляется вверх. Если магма не достигает поверхности Земли и застывает в толще земной коры, образуются интрузив­ные тела. Образование крупных интрузий — батолитов, штоков — неизбежно ведет к механическому перемещению вверх толщ пере-

крывающих их пород, т. е. также способствует образованию пли-кативных или дизъюнктивных дислокаций. Не менее важно при этом динамическое (давление), термическое и химическое воздей­ствие внедряющихся магматических пород на осадочные породы, которые превращаются в результате такого воздействия в мета­морфические породы.

Излияние расплавленного материала на поверхность, сопро­вождаемое выбросами паров воды и газов, получило название эффузивного магматизма, или вулканизма.

Образование разломов в земной коре, мгновенные перемещения масс в недрах Земли сопровождаются резкими толчками, которые на поверхности Земли проявляются в виде землетрясений. Земле­трясения— это одно из наиболее заметных простому наблюдателю проявлений современных тектонических процессов, протекающих в недрах Земли.

Итак, вертикальные колебательные движения земной коры, со­провождающиеся образованием разломов, перемещением блоков коры и складчатостью, глубинный магматизм, вулканизм и земле­трясения— вот те рельефообразующие процессы, источником энер­гии которых являются внутренние силы Земли. Однако создавае­мые этими процессами формы рельефа в нетронутом виде в приро­де встречаются редко, так как уже с момента своего зарождения они подвергаются воздействию экзогенных процессов, преобразу­ются ими.

Главный источник энергии экзогенных процессов — энергия Солнца, трансформируемая на земной поверхности в энергию дви­жения воды, воздуха, материала литосферы. Во всех этих про­цессах принимает участие гравитационная энергия, и поэтому названные процессы не являются чисто экзогенными. К числу экзогенных процессов относятся рельефообразующая деятельность поверхностных текучих вод и водных масс океанов, морей, озер, растворяющая деятельность поверхностных и подземных вод, а так­же деятельность ветра и льда.

Существует также целая группа процессов, протекающих на склонах и получивших наименование склоновых. Наконец, есть еще две группы процессов, которые также можно отнести к экзо­генным геоморфологическим процессам: рельефообразующая дея­тельность организмов, а также хозяйственная деятельность челове­ка, роль которой как фактора рельефообразования по мере разви­тия науки и техники становится все более значительной.

Перечисленные рельефообразующие процессы лишь в редких случаях протекают обособленно.

Довольно редко мы можем сказать, что та или иная форма рельефа образовалась и развивается в настоящее время под дейст­вием лишь одного какого-либо процесса. Поэтому при определении генезиса рельефа геоморфолог всегда или почти всегда сталкива­ется с вопросом, какому геоморфологическому процессу следует отдать предпочтение, какой из них следует считать ведущим и в наи-

большей степени определяющим генезис рельефа. Трудности гене­тического анализа могут быть систематизированы в виде следую­щего перечня:

1. Рельеф Земли, как было отмечено выше, есть результат взаи­
модействия эндогенных и экзогенных процессов. Однако такой от­
вет слишком общ и нуждается в конкретизации в каждом отдель­
ном случае. На первом этапе такой конкретизации необходимо
выяснить, какая же из этих групп процессов в данном случае пре­
валирует. Это уже нелегкая задача, потому что, как показывают
наблюдения, интенсивность тектонических и экзогенных процессов
в целом соизмерима. Так, если средняя скорость тектонических
процессов выражается миллиметрами или десятыми долями милли­
метра в год, то и средняя скорость денудации земной поверхности
или аккумуляции продуктов денудации измеряется величинами то­
го же порядка.

2. Нередко можно наблюдать, что рельеф, созданный в недав­
нем прошлом под воздействием одних агентов, в настоящее время
подвержен воздействию других.

3. Часто встречаются случаи, когда рельеф формируется за счет
совокупного влияния нескольких процессов, действующих пример­
но с одинаковой степенью интенсивности и дающих примерно рав­
ноценные результаты.

4. При выявлении генезиса форм рельефа разного порядка не­
редко приходится сталкиваться с таким явлением, когда крупная
форма в целом обусловлена деятельностью эндогенных процессов,
а мелкие формы на ее склонах представляют результат деятель­
ности экзогенных процессов. В этом случае, очевидно, вопрос
о генезисе рельефа может решаться различно в зависимости от то­
го, с крупной или мелкой формой рельефа мы имеем дело.

Перечисленные трудности в большинстве случаев преодолимы. Прежде всего, если решается вопрос о планетарных или мегафор-мах рельефа, то, несомненно, они в своих крупных чертах связаны с эндогенными процессами. Это можно сказать (с некоторыми ис­ключениями) и о макрорельефе.

Из мезоформ лишь в отдельных, довольно редких случаях можно выделить такие формы, морфология которых целиком определена тектоническим процессом и не изменена экзогенными агентами. Мезоформы и более мелкие формы рельефа в подавляющем боль­шинстве случаев оказываются связанными с экзогенными процес­сами, хотя проявление их в той или иной геологической обстанов­ке может быть существенно различным. При этом в качестве веду­щего процесса выделяется тот, который придал основные черты данной форме или данному комплексу форм рельефа, даже если в настоящий момент этот процесс перестал действовать. Для при­мера можно привести ледниково-аккумулятивный рельеф областей недавнего (позднеплейстоценового) оледенения, четвертичные морские или аллювиальные террасы. В настоящий момент эти образования подвержены воздействию других процессов, но буду­чи ледниковыми, прибрежно-морскими или флювиальными фор-

мами, они еще 'в достаточной мере сохранили те морфологические черты, которые им придали недавно действовавшие процессы.

В тех случаях, когда в образовании той или иной формы или группы (комплекса) форм одновременно участвуют не один, а два или несколько факторов, вполне соизмеримых по своему морфоло­гическому значению, следует говорить о сложном, комплексном происхождении рельефа.

Генезис рельефа определяется преимущественно в ходе полевых наблюдений, на основе которых устанавливаются характерные чер­ты, свойственные различным генетическим типам рельефа, призна­ки выработанных или аккумулятивных форм рельефа. Кроме того, для выяснения генезиса аккумулятивных форм рельефа важное значение имеет всестороннее изучение слагающих их отложений. Аллювиальные, пролювиальные, морские отложения и т. д. облада­ют в большинстве случаев достаточно специфическим комплексом литологических и морфологических свойств, позволяющих судить о генезисе слагаемых ими аккумулятивных форм. Эти признаки бу­дут более ясны из последующего рассмотрения различных генети­ческих групп рельефа.

ВОЗРАСТ РЕЛЬЕФА

Важной задачей геоморфологии наряду, с изучением морфогра-фии, морфометрии и установлением генезиса является выяснение возраста рельефа. Как известно, в геологии возраст пород пред­ставляет одну из важнейших геологических характеристик, и показ возраста, по существу, составляет основное содержание общих геологических карт.

Определение геологического возраста пород основывается на применении хорошо разработанных стратиграфического, палеонто­логического и петрографического методов, которые в последнее время все чаще подкрепляются методами абсолютной геохроноло­гии. В геоморфологии определение возраста — задача более слож­ная, так как геологические методы применимы лишь для аккумуля­тивных форм рельефа и не могут быть использованы непосредствен­но для определения возраста форм выработанного, или денудацион­ного, рельефа.

В геоморфологии, как и в геологии, обычно используют понятия «относительный» и «абсолютный» возраст рельефа.

Относительный возраст рельефа. Понятие «относительный воз­раст рельефа» в геоморофологии имеет несколько аспектов.

А. Развитие рельефа какой-либо территории или какой-либо от­дельно взятой формы, как это показал В. Девис, является стадий­ным процессом. Поэтому под относительным возрастом рельефа можно понимать определение стадии его развития. В качестве при­мера можно проследить развитие рельефа морских берегов или речных долин. Из истории четвертичного периода известно, что во время последнего оледенения (примерно 20 тыс. лет назад)

уровень океанов и морей был ниже современного, приблизительно на 100 м. По мере таяния материковых ледниковых покровов и воз­вращения воды в кругооборот уровень Мирового океана постепен­но повышался: 4000—5000 лет назад он достиг отметки, близкой к современной. Воды океанов и морей затопили понижения прибреж­ной суши. Возникли исходные береговые линии, характеризующие­ся сильной изрезанностью. Образование изрезанных берегов, назы­ваемых ингрессионными, может рассматриваться как начальная стадия развития современного берега. В дальнейшем абразионные процессы способствовали образованию уступов в высоких склонах мысов и постепенному их срезанию разрушительной работой волн. Одновременно в вершинах заливов возникают первые береговые аккумулятивные формы. Это стадия юности развития берега. Позд­нее мысы срезаются, а бухты (заливы) полностью отчленяются от моря аккумулятивными образованиями, берег становится выровнен­ным. Выравнивание береговой линии знаменует стадию зрелости берега. Дальнейшее развитие ведет к затуханию абразионного про­цесса. У мысов начинается аккумуляция. Сокращение поступления обломочного материала может привести к частичному размыву аккумулятивных форм, образовавшихся ранее в устьях бухт. Это стадия дряхлости, или старости.

Рассмотрим другой пример — формирование речной долины на поверхности, недавно освободившейся из-под ледникового покрова. На первых порах река имеет невыработанное русло, слабо вре­занное в подстилающие породы. В процессе развития русло посте­пенно врезается в подстилающие породы, но в его продольном про­филе еще остаются многочисленные неровности. Это стадия юности речной долины. Дальнейшее врезание ведет к выработке законо­мерного вогнутого продольного профиля, врезание русла по верти­кали сменяется размывом бортов долины. Наряду с руслом фор­мируется пойма. Речная долина вступает в стадию зрелости. В дальнейшем боковая эрозия приводит к расширению поймы, река блуждает в пределах этой поверхности, течение ее становится за­медленным, а русло чрезвычайно извилистым. Наступает стадия старости речной долины.

Следовательно, один из аспектов определения относительного возраста рельефа —это определение стадии его развития по ком­плексу характерных морфологических и динамических признаков. Б. Понятие «относительный возраст рельефа» применяется так­же при изучении взаимоотношений одних форм с другими. В общем случае любая форма является более древней по отношению к тем, которые осложняют ее поверхность и сформировались в более позд­нее время. Так, в пределах Прикаспийской низменности широким распространением пользуется позднечетвертичная (хвалынская) морская равнина, которая после регрессии хвалынского моря в одних местах подверглась расчленению эрозионными процессами, в других — ее поверхность оказалась переработанной эоловыми процессами, сформировавшими разнообразные типы эолового рель­ефа. Следовательно, эрозионные (выработанные) и эоловые (ак-

кумулятивные) • формы рельефа являются вторичными (более мо­лодыми) по отношению к первичной (в данном случае хвалынской) морской равнине.

В. Определение относительного геологического возраста рельефа означает установление того геологического отрезка времени, когда рельеф приобрел черты, в основном аналогичные его современному облику. Если речь идет об аккумулятивных формах рельефа, то вопрос сводится к определению обычными геологическими метода-ми возраста слагающих эту форму отложений. Так, например, ал­лювиальные террасы, сложенные среднечетвертичными отложения­ми, имеют среднечетвертичный возраст; древние дюны, сложенные эоловыми плиоценовыми отложениями, имеют плиоценовый воз­раст и т. д.

Сложнее с определением возраста выработанных форм рельефа. К. К. Марков рекомендует следующие способы:

1. Определение возраста по коррелятным отложениям. При об­
разовании какой-либо выработанной формы рельефа, например
оврага, в его устье накапливаются продукты разрушения пород,
в которые врезается данный овраг, в виде аккумулятивной формы
рельефа — конуса выноса. Определение геологическими методами
возраста осадков, слагающих конус выноса, дает ключ и к опре­
делению возраста выработанной формы, в данном случае — оврага.

2. Метод возрастных рубежей. Его суть заключается в опреде­
лении возраста двух горизонтов отложений, фиксирующих нижний
и верхний рубежи образования данной выработанной формы релье­
фа. Поясним на примере (рис. 3).

Долина реки врезана в поверхность, сложенную осадками неоге­нового возраста. На дне долины под современным аллювием зале­гают ледниковые осадки раннечетвертичного возраста. Следова­тельно, рассматриваемая долина сформировалась на границе неогена и раннечетвертичного времени: она врезана в неогеновые отложения, т. е. моложе их, и выполнена нижнечетвертичными лед­никовыми образованиями, т. е. старше их. Этот метод применим для определения относительного геологического возраста и аккумуля­тивного рельефа.

3. Определение времени «фиксации» выработанного (денуда­
ционного) рельефа. В ряде случаев выработанные (денудационные)
поверхности бывают перекрыты (фиксированы) корой выветрива­
ния. Определение палеонтологическими, палеоботаническими или

другими методами возраста коры выветривания дает тем самым ответ на вопрос о возрасте денудационной поверхности.

4. Определение относительного геологического возраста рельефа путем прослеживания фациальных переходов. Этот метод может быть применен при решении задачи о возрасте тех аккумулятив­ных форм, которые сложены осадками, не содержащими палеонто­логических остатков. Прослеживая в пространстве данную пачку отложений до фациальной смены ее отложениями, содержащими палеонтологические остатки, устанавливают одновозрастность обе­их пачек осадков и, следовательно, одновозрастность образуемых ими форм рельефа. Так, например, можно установить возраст ал­лювиальной террасы, если ее удается проследить до перехода в прибрежноморские отложения, возраст которых определяется па­леонтологическим методом. Таким же образом можно в ряде слу­чаев определить возраст некоторых выработанных форм, напри­мер, путем прослеживания абразионной морской террасы до ее со­пряжения с аккумулятизной.

Абсолютный возраст рельефа. В последние десятилетия благо­даря развитию радиоизотопных методов исследования широко при­меняется определение возраста отложений и форм рельефа в абсо­лютных единицах — в годах. Зная период полураспада того или иного радиоизотопа и определяя соотношение его количества с его производным, получают достаточно надежный способ определения абсолютного возраста. В настоящее время широко используются для определения абсолютного возраста такие методы, как радио­углеродный, калий-аргоновый, фторовый, метод неравновесного урана и др., каждый из которых имеет свои пределы применимости. Абсолютный возраст древних отложений и форм рельефа определя­ется также с помощью палеомагнитного метода.

Итак, морфографическая и морфометрическая характеристика рельефа, установление его генезиса, возраста и истории развития — такова совокупность основных задач геоморфологического иссле­дования. Методы решения этих задач, разумеется, не исчерпыва­ются только теми, которые были кратко рассмотрены в этом раз­деле. В ходе дальнейшего изложения материала будут рассмотре­ны и более конкретные методы и приемы изучения рельефа.

ГЛАВА 4. ФАКТОРЫ РЕЛЬЕФООБРАЗОВАНИЯ

Как указывалось выше, исходным положением современной гео­морфологии является представление о том, что рельеф формиру­ется в результате взаимодействия эндогенных и экзогенных про­цессов. Существует, кроме того, ряд факторов, которые непосред­ственно не участвуют в формировании рельефа, но влияют на его образование, определяя «набор» рельефообразующих процессов, степень интенсивности и пространственную локализацию воздей-

ствия тех или иных процессов. К числу таких факторов относятся вещественный состав пород, слагающих земную кору, геологические структуры, созданные тектоническими движениями прежних геоло­гических эпох, климатические условия и в определенной степени сам рельеф. Рассмотрим эти факторы несколько подробнее.

СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД И ИХ РОЛЬ В РЕЛЬЕФООБРАЗОВАНИИ

Известно, что земная кора сложена горными породами разного генезиса и разнообразного химического и минералогического соста­ва. Эти различия находят отражение в свойствах пород и, как следствие этого, в их устойчивости по -отношению к воздействию внешних сил. Различают породы более стойкие и менее стойкие, более податливые и менее податливые. В первом случае обычно имеют в виду стойкость пород по отношению к процессам выветри­вания, во втором — к воздействию на них текучих вод, ветра и дру­гих экзогенных сил.

Различные генетические группы горных пород по-разному реаги­руют на воздействие внешних сил. Так, осадочные горные породы являются довольно стойкими по отношению к выветриванию, но многие из них весьма податливы к разрушительной работе текучих вод и ветра (лёсс, пески, суглинки, глины, мергели, галечники и т. д.), а магматические и метаморфические породы оказываются стойкими или довольно стойкими по отношению к размыву текучи­ми водами, но сравнительно легко разрушаются под воздействием процессов выветривания. Объясняется это тем, что магматические и метаморфические породы образовались в глубине земли, в опре­деленной термодинамической обстановке и при определенном соот­ношении химических элементов. Оказавшись на поверхности Земли, они попадают в новые условия, становятся неустойчивыми в этих условиях и под воздействием различных процессов (окисления, гидратации, растворения, гидролиза и др.) начинают разрушаться. Интенсивность разрушения определяется как физико-химическими свойствами пород, так и конкретными физико-географическими (в первую очередь, климатическими) условиями, поскольку в раз­ных климатических зонах характер процессов выветривания и сно­са продуктов выветривания имеет свои специфические особен­ности.

Из числа кристаллических пород более стойки по отношению, например, к физическому выветриванию породы мономинеральные, мелко- и равномернозернистые, светлоокрашенные, с массивной текстурой. Так, гранит — порода полиминеральная, разрушается быстрее, чем кварцит — порода мономинеральная. Крупно- и нерав-номернозернистые граниты с более темной окраской в сходных ус­ловиях менее устойчивы, чем светлоокрашенные мелко- и равно­мернозернистые граниты. Гнейс — порода, сходная по структуре и минералогическому составу с гранитом, но имеющая иную структу-

nv (параллельно-сланцеватую или тонкополосчатую), подвержена более быстрому разрушительному воздействию выветривания, чем. гпанит характеризующийся массивной текстурой.

Основные и ультраосновные магматические породы при прочих равных условиях под воздействием выветривания разрушаются быстрее, чем породы кислые и средние. |

Существенное влияние на интенсивность процессов физического выветривания оказывают такие свойства горных пород, как тепло­емкость и теплопроводность. Так, чем меньше теплопроводность, тем большие температурные различия возникают на соседних уча­стках породы при ее нагревании и охлаждении и, как следствие этого, большие внутренние напряжения, которые и способствуют более быстрому ее разрушению.

Большое морфологическое значение имеет степень проницае­мости горных пород для дождевых и талых вод. Легко проницае­мые породы, поглощая воду, способствуют быстрому переводу по­верхностного стока в подземный. В результате участки, сложенные легкопроницаемыми породами, характеризуются слабым развити­ем эрозионных форм, а склоны этих форм вследствие незначитель­ного смыва долгое время могут сохранять большую крутизну. На участках, сложенных слабопроницаемыми породами, создаются благоприятные условия для возникновения и развития эрозионных форм, для выполаживания их склонов. Залегание водоупорных пластов в основаниях крутых склонов долин рек, берегов озер и морей способствует развитию оползневых процессов и специфиче­ского рельефа, свойственного районам развития оползней. Прони­цаемость горных пород может быть обусловлена либо их строением (рыхлым —пески, галечники; пористым —известняки-ракушечники, различные туфы, пемза), либо их трещиноватостью (известняки, доломиты, магматические и метаморфические породы). Следует под­черкнуть, что трещиноватость горных пород, способствуя заложе­нию и развитию эрозионных форм, часто определяет рисунок гидро­графической сети в плане.

Громадное морфологическое значение имеет такое свойство гор­ных пород, как растворимость. К числу легко или относительно легкорастворимых пород относятся каменная соль, гипс, известня­ки, доломиты. В местах широкого развития этих пород формиру­ются особые морфологические комплексы, обусловленные так на­зываемыми карстовыми процессами.

Находит отражение в рельефе и такое свойство горных пород, как просадочность. Этим свойством, выражающимся в уменьше­нии объема породы при ее намокании, обладают лёссы и лёссовид­ные суглинки. В результате просадки в областях распространения этих пород обычно образуются неглубокие отрицательные формы рельефа.

Существует целый ряд других свойств, определяющих морфоло­гическое значение пород и степень их устойчивости к воздействию внешних сил. В конечном счете совокупность физических и хими­ческих свойств горных пород приводит к тому, что породы более

стойкие образуют, как правило, положительные формы рельефа менее стойкие —отрицательные. Следует еще раз подчеркнуть, что относительная стойкость породы зависит не только от ее свойств обусловленных химическим и минералогическим составом. В зна­чительной мере она определяется условиями окружающей среды-одна и та же горная порода в одних условиях может выступать как стойкая, в других —как податливая. Поэтому, как справедливо от­мечает И. С. Щукин, если мы хотим учесть морфологическое зна­чение тех или других пород в формировании рельефа исследуемой территории, необходимо взвесить каждое из свойств и совокуп­ное их выражение в условиях конкретной физико-географической обстановки.