Глава 2. Геологические процессы

Изменения Земли так медленны

в сравнении с коротким периодом нашей жизни,

что на них не обращают внимания.

Аристотель

Процессы внешней динамики Земли

Лик Земли незаметно, но непрерывно изменяется под воздействием различных природных геологических процессов. Те из них, которые обусловлены действием внешних агентов и происходят в приповерхностной зоне, называются процессами внешней динамики Земли, или экзогенными (греч. "эксос" - снаружи, "генесис" - происхождение) процессами.

Важнейшими факторами внешней динамики Земли являются такие процессы как выветривание, геологическая деятельность деятельность ветра, поверхностных текучих вод, подземных вод, ледников, морей и океанов, а также гравитационные процессы и др.

Выветривание. Выветриванием называется совокупность процессов физического разрушения и химического разложения минералов и горных пород.

Химическим выветриванием называется качественное изменение структуры и состава минералов и замещение их новыми под воздействием обладающих окисляющей и растворяющей способностью кислорода, углекислоты и других химически активных элементов, содержащихся в атмосферных и почвенно-грунтовых водах. Химическое выветривание соровождается процессами окисления, гидратации, растворения и гидролиза. воздействие на горные породы оказывают находящиеся в воде растворенные ионы НСО₃^-, SO^2-₄, Cl^-, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺. Они способны замещать заряженные атомы в кристаллах или взаимодействовать с ними, нарушая первичную кристаллическую структуру минералов.

Насыщенные углекислотой поверхностные атмосферные осадки, просачиваясь сквозь поры и трещины в горных породах, окисляют и растворяют (выщелачивают) их. При этом из горных пород выносятся такие химические компоненты, как хлориды, сульфаты, карбонаты, и образуются новые минералы, соответствующие определенным физико-химическим условиям. В результате растворяющей деятельности атмосферных вод на поверхности растворимых пород образуются борозды, воронки, котловины. С процессами химического выветривания в самой верхней части земной коры связано образование слоя плодородной почвы.

Химическому выветриванию содействует деятельность животных и растительных организмов. Например, моллюсков, просверливающих норы в прибрежных скалах. Они разлагают первичные минералы, поглощая из разрушаемой породы питательные химические элементы. Корни деревьев, растущих в трещинах горных пород, также оказывают на них биохимическое воздействие.

Физическое выветривание, или физическое разрушение горных пород, происходит под воздействием солнечной энергии (температурное выветривание) и воды (механическое выветривание). Оно сильнее всего проявляется в областях с резким колебанием температуры дня и ночи. Теплым днем горные породы разогреваются и расширяются в объёме. А ночью, охлаждаясь, вновь сжимаются. При этом одни минералы расширяются больше, а другие - меньше. Например, у кварца коэффициент объёмного расширения равен 0,000310, у ортоклаза - 0,000170. Этого достаточно для того, чтобы ослабить силы сцепления между отдельными минеральными зернами. В результате в горных породах возникают трещины, и породы раскалываются на отдельные обломки.

Вода участвует в физическом выветривании следующим образом. Так, 1 г воды при 4С имеет объем равный 1 см³. А в твердом агрегатном состоянии (0С) объём 1 г льда занимает 1,000132 см³. Проникая в трещины и пустоты горных пород, вода замерзает и оказывает на их стенки громадное давление (более 2000 кг/см²). Это приводит к разрушению и дроблению коренных пород.

Геологическая деятельность ветра. К числу активных экзогенных процессов относятся процессы, связанные с эоловой (по имени греческого бога ветров Эола) деятельностью. Переносимые воздушными струями твердые кварцевые песчинки обтачивают, истирают и полируют поверхность горных массивов. Процесс разрушения горных пород с помощью переносимых ветром твердых частиц называется корразией (лат. «корразио» - обтачивание). Разрушение, раздробление и выдувание ветром (воздушными струями) рыхлых горных пород на поверхности Земли называется дефляцией (лат. "дефляцио" - выдувание). Разрушая горные породы и выдувая из них песчинки и более крупные обломки, ветер создает замысловатые "формы рельефа".

Ветер не только оказывает динамическое воздействие на горные породы. Он переносит на огромные расстояния рыхлый материал. В пустыне Каракум, например, массивы сыпучего песка, образующего барханы, перенесены ветром из районов, расположенных в 500 км и более от их современного местонахождения.

Геологическая деятельность поверхностных текучих вод.

Эрозия. Текучие воды производят огромную геологическую работу по разрушению горных пород и переносу их обломков. Разрушение горных пород и почв путем смыва их частиц называется эрозией (лат. "эродо" - размываю). Различают поверхностную, линейную, боковую и глубинную эрозию водными потоками. Поверхностная эрозия сглаживает неровности рельефа, линейная - расчленяет его, вырабатывает ложбины, овраги и в конечном итоге долины. При боковой эрозии происходит подмыв берегов рек. Глубинная эрозия проявляется в углублении дна русла реки. Чем больше уклон русла, тем больше энергия водного потока. Наибольшая глубинная эрозия - наибольшее углубление дна русла - происходит в верхнем течении реки вследствие значительного уклона поверхности ее русла. В нижнем течении склоны пологие, и углубление русла здесь незначительное. Самая нижняя точка русла, где река впадает в море, называется "базисом эрозии". Она совпадает с уровнем моря, и ниже река не может углублять свое русло. Но с понижением уровня моря базис эрозии также понизится, и русло реки вновь углубится.

Режим рек изменяется во времени и проявляется чередованием в течение года периодов высокого (половодье, или паводк) и низкого (межень) уровня воды. Количество воды в реках о время половодий увеличивается в 5-20 раз и более. Возвышающаяся в межень непосредственно над руслом часть долины реки называется поймой. В случае появления молодых эрозионных врезов (при понижении базиса эрозии или поднятии суши) в реке на месте плоскодонных хорошо разработанных долин формируется новая пойма на более низком гипсометрическом уровне. Участки прежнего дна долины, возвышающиеся в несколько ярусов над современной поймой, называются надпойменными террасами. Нумерацию надпойменных террас обычно начинают снизу от наиболее молодой к боле е древней (I, II, III, IV и т.д.).

Текучие воды существенно преобразуют рельеф поверхности континентов. В течение миллионов лет они уничтожают самые высокие горные хребты. Реки не только разрушают коренные горные породы, но и перемещают вниз по течению - в моря продукты разрушения и все, что попадается на их пути. В целом по земному шару денудация понижает поверхность суши со средней скоростью около 0,09 мм в год, или 9 см в тысячелетие. Количество переносимого реками обломочного материала и растворенных веществ велико. Например, Волга ежегодно выносит в Каспийское море около 46,5 млн. т химически растворенных веществ и 40-50 млн. т взвешенного материала. Подсчитано, что все реки земного шара ежегодно выносят в моря и океаны примерно 20 млрд. т твердых веществ, полученных за счет разрушения суши.

Совокупность процессов сноса и удаления с возвышенностей продуктов выветривания горных пород с последующим их накоплением в понижениях рельефа называется денудацией (лат. "денудацио" - обнажение).

Осадконакопление. Переносимые текучими водами продукты разрушения горных пород осаждаются по пути продвижения водных потоков. На склонах возвышенностей скапливается делювий (лат. "делюо" - смываю). У выхода временного потока из горного ущелья на предгорную равнину поток теряет силу и несомый им обломочный материал осаждается. Так образуются конусы выносов - веерообразно накопленные грубообломочные отложения, состоящие главным образом из галечников. Более общее название таких образований - пролювий (лат. "пролюо" - промываю).

На дне пологого речного русла осаждается обломочный материал, называемый аллювием (лат. "аллювио" - нанос). В аллювии часто концентрируются различные ценные минералы, вымываемые из коренных пород. Они образуют россыпные месторождения золота, платины, алмазов, рубина, титанистого железняка, касситерита и других минералов.

При впадении рек в моря и озера происходит резкое понижение скорости речного потока. Вследствие этого принесенный реками обломочный материал осаждается в устье реки. Здесь образуется широкий песчаный треугольный конус выноса - дельта. Дельты рек занимают иногда значительные площади. Например, площадь дельты реки Волги около 19 тыс. км², Лены – 28 тыс. км²; площадь дельты реки Хуанхэ в Китае около 500 тыс. км². Наземная дельта переходит в подводную дельту или авандельту.

Выносимые в огромном количестве реками обломки горных пород и растворенные химические вещества являются источником образования морских осадков. Последние играют основную роль в строении осадочного слоя земной коры.

Существенно отличаются от морских и речных аллювиальных осадков ледниковые отложения. Переносимые и переотложенные ледниками продукты разрушения коренных горных пород называются мореной. Характерным типом озерно-ледниковых отложений являются ленточные глины. Они образуются следующим образом. Летом во время интенсивного таяния льда в ледниковые озера сносится более крупный песчаный материал. А зимой ослабленные потоки приносят лишь мельчайшие глинистые частицы. Таким образом, за год образуются два прослоя (пески и глины), составляющих один годичный слой. Толщи ленточных глин насчитывают более тысячи таких слоев. Если подсчитать их общее количество, то можно установить время, в течение которого накапливалась данная толща.

Геологическая деятельность подземных вод

Атмосферные осадки и талые снеговые воды сливаются в реки. Большая их часть впадает в моря или озера. Меньшая часть испаряется с поверхности Земли в атмосферу. Другая часть поверхностных текучих вод просачивается (инфильтруется) вглубь, пополняя подземные воды. Под воздействием подземных вод внутри пластов осадочных пород происходит растворение и вынос хлоридов, сульфатов, карбонатов, а слествием - формирование пустот, полостей и пещер. Этот процесс называется карстом - по названию горного известнякового плато Карст близ г. Триеста на побережье Адриатического моря, где карстовый процесс и карстовые формы наиболее полно развиты.

Геологическая деятельность льда. Немалую роль в разрушении коренных горных пород играют и ледники. Они занимают около 11% поверхности суши земного шара. А общий объем заключенного в них льда составляет около 30 млн км³. Лед обладает пластичностью и способностью течь под давлением. Скорость движения ледников составляет от 0,25 мм/ч до 1,25 м/ч. Переносимый и откладываемый ледниками обломочный материал – от тонких глинистых частиц до крупных валунов и глыб – называется мореной.

Геологическая деятельность морей. Большую геологическую работу по разрушению горных пород и переносу их обломков производит море. Разрушительная работа моря называется абразией (лат. «абрасио» - соскабливаю). Морские волны обладают колоссальной разрушительной силой. Они разбивают даже самые крепкие породы. Например, в архипелаге Тонга (западная часть Тихого океана) в 1885 г. во время подводного вулканического извержения на месте существовавшей ранее отмели появился остров высотой 76 м. К 1889 г. он был размыт и вновь превращен в отмель. Волны способны перемещать на значительные расстояния глыбы весом до тысячи тонн.

Гравитационные процессы. Под действием силы тяжести продукты выветривания либо остаются на месте своего образования, либо скатываются вниз по склонам гор и оврагов и накапливаются у подножий. В первом случае они называются элювием (лат. "элюо" - вымываю), во втором - осыпями. На крутых обрывах под влиянием сил гравитации вследствие подмыва или переувлажнения склона могут происходить оползни, приводящие к большим разрушениям и человеческим жертвам. Крупные массы горных пород перемещаются (оползают) вниз по наклонной поверхности глинистого слоя. В горах с крутыми обрывистыми склонами под влиянием силы тяжести возникают обвалы больших масс горных пород, особенно во время землетрясений. Так, в 1911 г. на Памире обвалившаяся глыба пород объемом 8 млрд т, спустившись по склону, перегородила р. Мургаб, образовав плотину высотой 600 м.