Ганжара геология и ландшафтоведение
.pdfÁÁÊ 26.3
Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений
Ганжара Н.Ф., Байбеков Р.Ф., Бойко О.С., Колтыхов Д.С., АрешинА.В.Геология и ландшафтоведение. М.: Т-во научн. изданий КМК. 2007. 380 с. + 56 с. вкл.
Описаны главные минералы и горные породы, эндогенные и экзогенные процессы, основные этапы геологической истории Земли. Изложены вопросы строения естественных и природно-антропогенных ландшафтов, их динамики, систематики и устойчивости. Описаны факторы и законы ландшафтной дифференциации, генезис и функционирование. Приведены сведения о геохимии и биогеохимии ландшафтов.
Рецензенты:
Зав. кафедрой геологии и гидрогеологии Московского государственного университета природоустройства, д.техн.н., проф. Д.А. Манукьян.
Проф. кафедры почвоведения Российского государственного аграрного университета — МСХА им. К.А. Тимирязева, д.б.н. В.Д. Наумов.
Под редакцией доктора биологических наук, профессора Н.Ф. Ганжары.
Фото минералов и пород О.С. Бойко, А.В. Арешина.
ISBN978-5-87317-415-7 |
© Коллектив авторов, 2007 |
|
© Т-во научных изданий КМК, 2007 |
Содержание
Предисловие ....................................................................................... |
6 |
Введение ............................................................................................. |
8 |
ЧАСТЬ I. Основы геологии ............................................................ |
14 |
Глава 1. Строение Земли........................................................... |
14 |
Глава 2. Минералы и горные породы ....................................... |
23 |
2.1. Процессы образования минералов и горных пород .23 |
|
2.2. Минералы ..................................................................... |
28 |
2.3. Горные породы ............................................................ |
54 |
2.4. Четвертичные отложения ........................................... |
72 |
2.5. Агрономические руды ................................................ |
77 |
Глава 3. Геологические процессы, их роль в формировании |
|
рельефа и ландшафтов .............................................................. |
79 |
3.1. Эндогенные геологические процессы ....................... |
80 |
3.2. Экзогенные процессы ............................................... |
129 |
ЧАСТЬ II. Ландшафтоведение .................................................... |
177 |
Глава 5. Ландшафты и их морфологическая структура ...... |
177 |
5.1. Понятие о ландшафтах ............................................. |
177 |
5.2. Морфологическая структура ландшафта ............... |
179 |
5.3. Классификация и систематика ландшафтов .......... |
182 |
Глава 6. Рельеф, его типы. Формы мезорельефа ................. |
186 |
6.1. Рельеф, его типы ....................................................... |
186 |
6.2. Элементы и формы мезорельефа ............................ |
189 |
Глава 7. Воздушные массы атмосферы как компонент |
|
ландшафта ................................................................................ |
199 |
7.1. Происхождение, строение и роль атмосферы......... |
199 |
7.2. Химический состав атмосферы............................... |
203 |
7.3. Функционирование атмосферы................................. |
206 |
Глава 8. Природные воды как компонент ландшафта ......... |
215 |
8.1. Общая характеристика гидросферы. ...................... |
215 |
8.2. Основные компоненты и факторы формирования |
|
химического состава природных вод ............................. |
217 |
8.3. Круговорот воды и характеристика |
|
гидрографической сети .................................................... |
222 |
Глава 9. Центральная часть биосферы как компонент |
|
ландшафта ................................................................................ |
233 |
9.1. Общая характеристика биосферы и ее |
|
|
функционирование............................................................. |
233 |
|
9.2. Понятия о биогеохимических провинциях .............. |
241 |
|
Глава 10. |
Почва, как компонент ландшафта ......................... |
246 |
10.1. Классификация элементарных почвообразова- |
|
|
тельных процессов ........................................................... |
246 |
|
10.2. Состав, свойства и режимы почв .......................... |
251 |
|
10.3. Плодородие почв. Продуктивность ландшафтов .... |
276 |
|
Глава 11. Факторы и законы ландшафтной дифферен- |
|
|
циации ........................................................................................ |
|
285 |
11.1. Закон горизонтальной (широтной) зональности .... |
285 |
|
11.2. Закон долготной секторности ................................. |
287 |
|
11.3. Закон вертикальной поясности ............................... |
288 |
|
11.4. Закон азональной геолого-геоморфологической, |
|
|
высотно-генетической ярусности ландшафтов ............. |
290 |
|
11.5. Закон аналогичных топографических рядов ......... |
292 |
|
11.6. Закон экспозиционной инсоляционной и ветровой |
|
|
ландшафтной ассиметрии склонов ................................. |
293 |
|
11.7. Закон взаимодействия и взаимосвязей природных |
||
компонентов ландшафта .................................................. |
294 |
|
Глава 12. Генезис и функционирование ландшафтов ............ |
295 |
|
12.1. Функционирование ландшафтов ............................. |
295 |
|
12.2. Малый биологический круговорот веществ ......... |
304 |
|
12.3. Геохимические ландшафты.................................... |
310 |
|
Глава 13. Природно-антропогенные ландшафты .................. |
317 |
|
13.1. Антропогенезация ландшафтов.............................. |
317 |
|
13.2. Классификация и типизация земель России ......... |
326 |
|
Глава 14. Ландшафты основных природных зон ................... |
334 |
|
14.1. Арктические и тундровые ландшафты ................. |
334 |
|
14.2. Та¸жно-лесные ландшафты ................................... |
335 |
|
14.3. Лесостепные ландшафты ....................................... |
340 |
|
14.4. Степные ландшафты ............................................... |
342 |
|
14.5. Полупустынные и пустынные ландшафты ........... |
348 |
|
14.6. Ландшафты с засол¸нными почвами .................... |
350 |
|
14.7. Ландшафты переменно-влажных ксерофитно- |
|
|
лесных и саванных субтропических и тропических |
|
|
областей ............................................................................ |
352 |
|
14.8. Ландшафты влажных лесных субтропических |
|
|
и тропических областей ................................................... |
353 |
4
Глава 15. Динамика и устойчивость ландшафтов ................ |
355 |
15.1. Динамика ландшафтов ............................................ |
355 |
15.2. Устойчивость ландшафта ....................................... |
359 |
Глава 16. Физико-географические и геологические карты .... |
364 |
16.1. Топографические основы ........................................ |
364 |
16.2. Основные типы карт по характеристике |
|
земной поверхности.......................................................... |
368 |
16.3. Картографические способы оформления физико- |
|
географических и геологических карт ........................... |
376 |
Литература ..................................................................................... |
379 |
ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ
Глава 1. Строение Земли
Форма планеты
Одним из главных факторов в создании формы Земли является ее вращение. В настоящее время считают, что воображаемую форму Земли представляет трехосный эллипсоид вращения, несколько сплющенный у полюсов. Ýкваториальный радиус Земли равен 6379 км, а полярный 6357 км. Эксцентриситет (степень сжатия) эллипсоида 1/300.
Полный оборот вокруг Солнца Земля делает за 24 часа (23 часа 56 минуты 4 секунды).
Совокупность неровностей земной поверхности называется рельефом. Самая высокая гора Эверест (Джомолунгма) — 8848 м выше уровня океана, самая глубокая впадина — Марианская — 11034 м ниже уровня океана. Таким образом, перепады рельефа на поверхности Земли составляют около 20 км, что по сравнению с радиусом планеты (около 6300км) составляет ничтожную величину. Гораздо более существенным фактом является неравномерность распределения вещества с разной плотностью в недрах Земли.
Экваториальное сечение Земли представляет собой эллипс. Разность его полуосей составляет около 200 м. Кроме того, полярные полуоси северного и южного полушарий не одинаковы. Южная полуось — на 100–200 м короче северной полуоси, поэтому полярное сжатие южного полушария больше чем северного.
В результате неравномерного распределения вещества в недрах, геометрический центр Земли не совпадает с центром ее массы. Механическим следствием этого должны являться «биения», что приводит к непрерывному смещению самой оси вращения внутри тела Земли — ее прецессии. Земная ось, совершая движение, описывает конус, характеризуя перемещение полюсов планеты в пространстве (нутация). Нутация полюсов оказывает огромное воздействие на распределение масс воздуха и их изменения по сезонам.
Хотя представление о форме Земли как о трехосном эллипсоиде вращения для решения многих задач является верным, в действительности поверхность Земли оказывается более сложной. Наиболее близка к ней фигура геоида (буквальный перевод термина — «землеподобный»).
14
Геоид — некоторая воображаемая, замкнутая геометрическая поверхность, по отношению к которой сила тяжести повсеместно направлена перпендикулярно. Она совпадает с невозмущенной поверхностью мирового океана и продолжается, погружаясь под материки, как бы сглаживая их рельеф.
Форма и размеры Земли были вычислены геодезистом А.А. Изотовым в 1940 г. на основании геодезических работ, проводившихся
под руководством математика профессора Ф.Н. Красовского. Поэтому, вычисленная фигура Земли получила название эллипсоида Красовского. Позднее ее параметры были уточнены с помощью
космических аппаратов.
Таблица 1.1. Основные параметры эллипсоида Красовского и основные характеристики Земли
Экваториальный радиус |
6 378, 245 êì |
Полярный радиус |
6 356, 863 êì |
Площадь поверхности Земли |
5210 ìëí. êì2 |
Окружность по полюсам |
40 008êì |
Окружность по экватору |
40 075êì |
Объем Земли |
1,083 · 1012 êì3 |
Масса Земли |
5,976·109 ò |
Средняя плотность Земли |
5,52 ã/ñì3 |
Лабораторными исследованиями было установлено, что плотность горных пород, выходящих на поверхность Земли не превышает 2,7 – 3 г/ñì3. Из этого следует, что в ее недрах должны находится горные породы, чья плотность должна значительно превышать среднюю плотность Земли.
Внешние геосферы
Атмосфера — газообразная оболочка Земли. Она имеет слоистое строение — в ней выделяют три основных слоя: нижний —
тропосфера, средний — стратосфера и верхний — ионосфера. Тропосфера. Толщина ее составляет от 6 км на полюсах до
18 км на экваторе, в среднем — около 12 км. Она содержит 80% всей массы атмосферы и все водяные пары. Содержание кислорода О2 = 21%, азота N2 = 78%, углекислого газа СО2 = 0,03% и аргона 0,93%.
15
На каждые 100 м высоты в тропосфере фиксируется понижение температуры на 0,6 °С. В результате температура у верхней границы
тропосферы — (–45...–55 °С) у полюсов и (–70...–80 °С) у экватора. Стратосфера имеет верхнюю границу на высоте 80–90 км.
Масса ее составляет 5% массы атмосферы, температура (–80...–90 °С). На высоте 80–120 км расположен озоновый слой, который защищает биосферу от губительного действия ультрафиолетового излуче-
ния Солнца.
Ионосфера. Верхняя граница ионосферы не установлена, так как она постепенно переходит в межпланетное пространство, заполненное межпланетным магнитным полем и потоками космических заряженных частиц. Здесь воздух сильно ионизирован. Часто наблюдаются полярные сияния в результате схода электронных и протонных лавин, поступающих от Солнца. Верхняя граница поляр-
ных сияний 100–120 км.
Гидросфера — водная оболочка Земли, верхняя граница которой определяется поверхностью водоемов. Гидросфера включает все известные нам формы природных вод в жидком, твердом и парообразном состоянии. Эти формы постоянно переходят друг в друга и взаимодействуют с другими геосферами.
Общая масса воды гидросферы составляет около 1644·1015 т (или 0,2% от массы планеты). Она в 275 раз превышает массу атмосферы. Около 94% массы гидросферы составляют соленые воды мирового океана. Из оставшихся 6% массы гидросферы, четвертая часть приходится на ледники. Подземные воды составляют 1,68% общего объема гидросферы. Их объем оценивается примерно в 200 км3. Остальные 4% — пресные воды суши (вода рек, озер и болот).
Верхняя граница гидросферы совпадает с поверхностью ледников, снежников, уровнем воды в Океане и в водоемах на континентах. Вопрос о положении нижней границы гидросферы однозначно еще не решен. Обычно за нижнюю границу гидросферы принимается нижняя граница существования подземных вод (в жидкой фазе). Она определяется давлением и температурой недр, так как при температуре около 1000 °С происходит диссипация (распад) молекул воды.
Любые воды гидросферы Земли в той или иной степени минерализованы и могут рассматриваться как природные раство-
ры. В отличие от атмосферы в гидросфере четко проявлена горизонтальная неоднородность (зональность). Воды суши в основ-
ном пресные, а океанов и морей — соленые. Воды океана постоянны
16
по химическому составу и содержат в среднем 35 г солей в 1 л (3,5%).
Под влиянием солнечной радиации воды гидросферы Земли находятся в постоянном движении — в непрерывном кругооборо-
òå. Вода в виде паров атмосферной влаги, атмосферных осадков и речного стока, в виде течений в океанах перемещается на большие расстояния. Находясь в атмосфере, она максимально насыщается свободным кислородом и затем расходует его, соприкасаясь с биосферой и верхними слоями земной коры. В процессе круговорота в единую систему связываются все воды гидросферы, а также осуществляется тесная связь природных вод с атмосферой, земной
корой и живым веществом планеты.
Биосфера — оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов. Главные особенности биосферы — исключительно быстрый круговорот вещества, широкое распространение веществ в коллоидном состоянии и в виде высокомолекулярных соединений.
Термин «биосфера» впервые применил Э. Зюсс (1875), считавший ее тонкой пленкой жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющей «лик Земли». Однако заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому, так как именно он развил представление о живом веществе как огромной геологической (биогеохимической) силе, преобразующей свою среду обитания. Большое влияние на В.И. Вернадского оказали работы В.В. Докучаева о почве как о естественноисторическом теле.
Основы учения о биосфере, изложенные В.И. Вернадским в 1926 г. в книге «Биосфера», впоследствии стали идеологией и основой уче- ния об окружающей среде — «экологии».
Биосфера имеет строго определенные границы. Эти границы определяются физическими и химическими условиями существования жизни. По современным представлениям биосфера занимает нижнюю часть атмосферы, верхние слои литосферы, поверхность суши и всю гидросферу. В то же время геометрические границы биосферы достаточно условны. Обычно считают, что верхняя граница биосферы находится на высоте 22–24 км от поверхности Земли, где образуется озоновый экран.
Нижняя граница биосферы проходит в литосфере на глубине 3–4 км, а в гидросфере — по дну Мирового океана.
Болееширокоераспространениеживыхорганизмовограниченорядом факторов. Так, проникновению вверх препятствует космическое
17
излучение, а проникновению вглубь — высокая температура земных недр.
Масса внешних оболочек Земли составляет меньше 0,001% массы планеты, однако их значение в геологической истории Земли чрезвычайно велико. Атмосфера, гидросфера и биосфера обладают высокой динамичностью, поэтому они являются мощными геологическими факторами развития земной поверхности и преобразования горных пород. Благодаря их работе создаются озерные, речные, элювиальные, делювиальные, ледниковые, пролювиальные, эоловые, торфяные и другие отложения, слагающие верхнюю часть земной коры.
Внутреннее строение Земли
Представления о внутренней неоднородности строения Земли и ее концентрически-зональном строении основаны на результатах комплексных геофизических исследований.
Главным методом исследования недр является сейсмический метод. Он базируется на измерении скорости прохождения механических колебаний разных типов через вещество Земли. Геофизи- ческие исследования дополнены термодинамическими расчетами, результатами физического моделирования и экспериментов по гравитационной дифференциации вещества.
Полученные данные свидетельствуют о наличии в недрах Земли многочисленных субгоризонтальных границ. На этих границах происходит изменение скоростей и направлений распространения физических волн (электромагнитных, сейсмических и др.) при их распространении вглубь планеты.
Эти границы интерпретируются как разделы отдельных оболо- чек — «геосфер», которые отличается друг от друга по химическому составу и агрегатному состоянию вещества в них. На границах разделов происходитсмена химического состава и агрегатного со-
стояния вещества.
В строении внутренних сфер Земли различают: земную кору,
верхнюю мантию, переходную зону, нижнюю мантию, внешнее и внутреннее ядро. Некоторые параметры и свойства внут-
ренних сфер Земли приведены на рисунке 1.1.
Земная кора — самая верхняя и тонкая каменная оболочка Земли (35–80 км на континентах и 6–15 км под дном океана, в среднем около 30 км). Средняя плотность вещества в ней составляет около 2,8 г/см3.
18