книги из ГПНТБ / Подобедов, Н. С. Общая физическая география и геоморфология учебник

случае выводные ледники заметны на местности в виде скоплений крупных и более мелких ледяных обломков у конца ледника.

Ледники, спускающиеся в море, называются шельфовыми ледни­ ками. Они представляют собой огромные ледяные поля (иногда площадью в десятки тысяч квадратных километров), которые у бе­ рега располагаются на материковой отмели и представляют единое целое с покровным ледником, а их периферические части нахо­ дятся на плаву.

Края шельфовых и выводных ледников, плавающих на поверх­ ности моря, под действием ветра, волн, приливно-отливных явлений и других причин постоянно обламываются и образуют иногда огром­ ные плавающие ледяные горы — айсберги. Иногда айсберги неда­ леко отплывают от края породившего их ледника и надолго вмер­ зают у берегов в морской лед.

Поверхность покровных ледников, особенно ледников Антарк­ тиды, местами бывает покрыта узкими ледяными грядами (застру­ гами) с асимметричными склонами, вытянутыми в направлении господствующих ветров (рис. 56). Высота этих образований в Антар­ ктиде может достигать нескольких метров, а их гребни обычно узкие, заостренные.

Ледники занимают на Земле площадь около 16 млн. кв. км, что составляет более 11% всей поверхности суши. Общий объем льда на Земле равен примерно 30 млн. куб. км, причем на долю Антарк­ тиды из этого количества приходится около 28 млн. куб. км. В пе­ риод последнего оледенения Земли, которое закончилось 7000— 10 000 лет назад, площадь ледников составляла более 50 млн. кв. км, а их объем превышал 100 млн. куб. км.

Воды, поступившие в Мировой океан после стаивания ледников последнего оледенения, повысили его уровень примерно на 180 м. Поэтому в период оледенения, например, не существовало Балтий­ ского и Северного морей, а Индонезия и Япония были полуостро­ вами Азиатского материка. Если бы по какой-то причине растаяли все современные ледники, уровень Мирового океана поднялся бы при­ близительно на 50 м и многие части современной суши (например Голландия и Дания) были бы затоплены морем.

Г л а в а 4

ЛИТОСФЕРА

§ 48. Литосфера и ее вещественный состав

Литосфера, или земная кора, является наиболее хорошо изучен­ ной твердой оболочкой Земли. Однако для непосредственного опре­ деления химического состава земной коры доступны только ее верх­ ние части до глубин не более 15—20 км. Химический состав земной коры по данным советского ученого академика А. Е. Ферсмана представлен в табл. 4.

111

§ 49. Минералы, их свойства, происхождение и классификация

Элементы, слагающие земную кору, находятся в различных соединениях между собой, образовавшихся в результате природных процессов. Эти природные соединения называются минералами. Количество минералов в составе земной коры превышает 2500 видов, однако лишь несколько десятков их встречается в значительных количествах в составе горных пород. Эти минералы называют поро­ дообразующими. Подавляющее большинство минералов представ­ лено твердыми кристаллическими телами, реже жидкими и газо­ образными телами.

К числу важнейших физических свойств минералов относятся: цвет, цвет черты, блеск, излом, спайность, твердость и др.

Минералы имеют самые разнообразные цвета, а некоторые из них являются бесцветными, стеклянно-прозрачными. Один и тот же минерал может иметь разный цвет в зависимости от характера посто­ ронних примесей.

Многие минералы в раздробленном или порошкообразном состоя­ нии имеют другой цвет, чем в куске. Поэтому для некоторых мине­ ралов важной отличительной особенностью является цвет черты, который может быть получен, если провести куском минерала черту на белой шероховатой поверхности фарфора. Однако это возможно лишь в тех случаях, когда твердость данного минерала меньше твердости фарфора.

Блеск является свойством минерала отражать свет. Так, напри­ мер, различают металлический блеск, свойственный металлам, стеклянный блеск, очень распространенный среди прозрачных минералов и др.

Излом — это вид или характер поверхности, получающейся при разбивании или раскалывании минералов. Различают четыре вида излома.

112

1. Раковистый излом, напоминающий поверхность раковины

сконцентрическими волнистыми полосами.

2.Занозистый излом, характеризующийся поверхностью, покры­ той заостренными неровностями, ориентированными в одном на­ правлении.

3.Крючковатый излом, для которого характерна поверхность, покрытая неровностями, похожими на крючки.

4.Землистый излом с матовой поверхностью, как бы покрытой пылью.

Спайностью минералов называется способность их раскалы­ ваться по определенным направлениям.

Спайность минералов подразделяется по степени ее совершен­ ства на пять групп.

1. Спайность весьма совершенная, когда минерал раскалы­ вается только по плоскостям спайности (например, слюда).

2.Спайность совершенная, когда минерал раскалывается пре­ имущественно по плоскостям спайности.

3.Спайность средняя, при которой на обломках расколотых минералов можно видеть как плоскости спайности, так и неровные

изломы по случайным направлениям.

4.Спайность несовершенная, характеризующаяся неровными поверхностями раскалывания, когда плоскости спайности обнару­ живаются с трудом.

5.Спайность весьма несовершенная, когда плоскости спайности практически отсутствуют.

Твердость минералов является их важным свойством, позволя­ ющим их определять и изучать. Под твердостью понимают степень

сопротивления вещества минералов царапанию, давлению и исти­ ранию .

Для определения твердости принята шкала Мооса, в которой используются минералы с известной твердостью. Эта шкала десяти­ балльная от 1 для самого мягкого минерала до 10 для самого твер­ дого.

Твердость данного минерала с помощью шкалы Мооса опреде­ ляют в зависимости от того, какой из минералов шкалы царапает данный минерал и царапается последним. Если, например, наш минерал царапает кальцит, а сам царапается флюоритом, то его твердость определяется как 3,5.

Значительная часть минералов образуется в недрах Земли при определенных условиях температуры и давления. Эти минералы

называют первичными, или эндогенными. Многие из них, попадая в условия земной поверхности, разрушаются и переходят в новые вторичные минералы, которые устойчивы в поверхностных усло­ виях. Эти минералы называют экзогенными. Если такие минералы попадают в глубокие зоны литосферы, они подвергаются воздей­ ствию высоких температур и больших давлений, в результате чего они здесь становятся неустойчивыми и тогда образуются новые минералы, называемые метаморфогенными.

В основу современной классификации минералов положено деление их по химическому составу. Главнейшими классами мине­

ческие соединения.

1. Самородные элементы прежде всего характерны тем, что каждый минерал этой группы состоит из одного химического эле­ мента, хотя способы их образования весьма разнообразны. К группе самородных элементов относятся алмаз, графит, сера, медь, золото, платина и др.

2. Сульфиды — это сернистые соединения тяжелых металлов. К этой группе относится около 250 известных минералов, т. е. почти 10% всех существующих. Многие минералы этой группы являются рудами известных металлов и образуются из горячих водных рас­ творов различных температур. Из сернистых минералов наиболее широко распространены в земной коре пирит, халькопирит, гале­ нит и др.

3.Окислы и гидроокислы весьма широко распространены и играют большую роль в сложении литосферы. Они являются соединениями различных химических элементов с кислородом или же с кислоро­ дом и водой. Одним из наиболее распространенных минералов этой группы является кварц (Si02), который составляет около 12% всей массы земной коры.

4.Галоидные соединения включают около 100 минералов, пред­ ставляющих соли галоидно-водородных кислот. Наиболее известным представителем минералов этой группы является галит (каменная соль — NaCl).

5.Соли кислородных кислот угольной (карбонаты), серной (суль­ фаты), фосфорной (фосфаты) и кремневой (силикаты) образуют обширный класс минералов, среди которых особенно большое зна­ чение имеют карбонаты и силикаты. Последние представляют наибо­ лее многочисленную группу минералов, входящих в состав многих горных пород и по весу составляющих не менее 85% всей земной коры.

6.Органические соединения отличаются от неорганических обра­ зований своим происхождением, химическими свойствами и кристал­ лическим строением. Число минералов этой группы весьма неве­ лико. К ним относятся асфальт, озокирит и янтарь. Все они состоят из углеводородов.

114

§50. Горные породы, их строение, происхождение

иклассификация

Изучением горных пород занимается петрография. В земной коре минералы распределены не беспорядочно. Они объединяются is некоторые естественные агрегаты, называемые горными породами. Однако встречаются также горные породы, состоящие почти или полностью из одного минерала. Так, например, горная порода кварцит состоит почти целиком из минерала кварца.

Горные породы имеют некоторые внешние особенности и по условиям образования разделяются на несколько групп.

Основными характерными внешними признаками горных пород являются структура, текстура, трещиноватость и отдельности.

Знакомство с этими признаками позволяет различать горные по­ роды в натуре, что нередко имеет важное значение в процессе поле­ вых геодезических и топографических работ.

Под структурой горной породы понимают строение породы, обусловленное формой и величиной слагающих ее минералов и спо­ собом их срастания. В петрографии различают следующие типы структур горных пород.

Зернистая (полнокристаллическая) структура характерна для изверженных глубинных пород. Слагающие породу минералы при­ сутствуют в форме кристаллических зерен, примерно одинакового размера.

Стекловатая (некристаллическая) структура характерна для изверженных излившихся пород*. В породах со структурой этого типа отдельных зерен минералов не наблюдается и порода пред­ ставляет собой однообразную стекловатую массу, нередко с рако­ вистым изломом.

Порфировая структура характеризуется плотной стекловатой основной массой, на фоне которой рассеяны отдельные кристалли­ ческие зерна.

Текстурой, или сложением, породы называют характер распо­ ложения составных частей горной породы в пространстве. Текстуры подразделяются на однородные и неоднородные. Однородными называются такие текстуры, которые сложены однородными мине­ ралами, расположенными без какой-либо ориентировки. К числу неоднородных текстур относят, например, сланцеватые текстуры, характеризующиеся тем, что порода состоит из тонких пластинок и сравнительно легко распадается на части вдоль поверхностей этих пластинок.

Трещиноватостью горных пород называется характер и степень раздробленности пород трещинами, в результате чего массивная порода может распадаться на части, называемые отдельностями. Различают столбчатую, призматическую, шаровую и другие формы отдельности.

По происхождению горные породы можно разделить на три крупные группы: магматические или изверженные, осадочные и мета­ морфические.

Магматические горные породы образуются из расплавленной магмы, представляющей собой сложное вещество, в составе которого преобладает кремнезем (SiO2), входящий в состав минералов класса силикатов. Непосредственной причиной образования горных пород этой группы является остывание расплавленной магмы при разных условиях.

Магматические породы называют также изверженными потому, что их образование обусловлено процессом подъема магмы с глубин по направлению к земной поверхности. Этот процесс может иметь различный характер. Так, если подъем или внедрение магмы про­ исходит по трещинам в толщах литосферы или по путям, проложен­ ным самой магмой, образованным проплавлением или прорывом пород, слагающих литосферу, то магма на земную поверхность может и не появиться и застывает на глубинах нескольких десятков километров от земной поверхности. В этих условиях застывание магмы происходит медленно при высокой температуре окружающей среды и при большом давлении от вышележащих толщ горных пород.

При медленном остывании магмы происходит раздельная кри­ сталлизация химических соединений, входящих в ее состав, в резуль­ тате чего образуются кристаллы различных минералов, которые нередко достигают значительных размеров. Поэтому магматическая горная порода, образованная таким путем, имеет часто крупно-кри­ сталлическую структуру, т. е. характеризуется определенными раз­ мерами и формой слагающих ее минеральных частиц (например, некоторые виды гранита). Магматические горные породы такого происхождения называются интрузивными.

Если магма непосредственно изливается на земную поверхность в процессе извержения вулканов и остывает быстро в условиях малых давлений, образующиеся магматические горные породы называются эффузивными, а их структура существенно отличается от структуры интрузивных магматических горных пород.

При очень быстром остывании магмы во время извержения вулканов она лишается газовых компонентов путем мощных взры­ вов газов, а сама магма разбрызгивается взрывами или образует многочисленные пузыри, сохраняющиеся и при затвердевании вещества. Так образуется пористая легкая горная порода, получив­ шая название пемзы.

Быстрое снижение температуры не позволяет расти кристаллам минералов или же они возникают в микроскопических размерах. Большая же часть магмы в этом случае превращается в аморфную или стекловидную массу.

По своему химическому составу магматические горные породы делят на четыре больших группы в зависимости от содержания в них кремнезема (Si02): кислые, средние, основные, улътраосновные.

Характерным минералом для кислых пород является кварц, кото­ рый содержится в них до 25% к общему количеству минералов. В средних породах количество кварца резко уменьшается и дости­ гает всего 0,5%.

И6

Для основных и особенно для ультраосновных пород наиболее характерным минералом является оливин, образующийся при недо­ статочной насыщенности магмы кремнеземом и обилием в нем окис­ лов железа и магния.

По цвету отмеченные группы магматических пород довольно резко различаются между собой. Так, если для кислых пород (бла­ годаря преобладанию кварца) характерны светлые цвета, то основ­ ные и ультраосновные породы бывают обычно темного цвета и даже темно-зеленого.

Осадочные горные породы образуются главным образом в резуль­ тате отложения на земной поверхности и на дне водоемов продуктов разрушения других горных пород или остатков жизнедеятельности организмов. Незначительная группа осадочных горных пород обра­

дению осадочные горные по­

копления продуктов механи­ ческого разрушения других

горных пород. Среди них выделяют грубообломочные, среднеобло­ мочные, мелкообломочные и глинистые горные породы. Это деле­ ние в основном осуществляется по степени крупности слагающих обломков других горных пород.

Грубообломочные горные породы слагаются из обломков, име­ ющих более 2 мм в поперечнике. Обломки могут быть угловатые или неокатанные и более или менее округлой формы, которые назы­ вают окатанными обломками. Обычно эти обломки имеют различные названия, что показано в табл. 5.

Если щебень в результате геологических процессов будет сце­ ментирован каким-либо раствором, то вместо рыхлой сыпучей породы образуется плотная порода, называемая брекчией. Если же цементируется скопление гальки, называемое галечником, то обра­ зованная горная порода носит название конгломерата.

Среднеобломочные горные породы слагаются из частиц, размеры которых колеблются от 2 до 0,05 мм в поперечнике. Типичным представителем этой группы обломочных пород является песок. В случае цементации песка какими-либо растворами образуется горная порода, называемая песчаником.

К числу мелкообломочных горных пород относятся такие по­ роды, размеры частиц которых от 0,05 до 0,01 мм. Наиболее харак­ терной обломочной породой этого типа является лёсс — мучнистая

117

желтовато-бурая порода, образующая отвесные склоны берегов рек и оврагов.

Глинистые породы или глины состоят из очень мелких частиц (от 0,01 до 0,001 мм) в диаметре. По своим особенностям эти породы занимают промежуточное положение между обломочными и химиче­ скими осадочными породами.

Химические осадочные горные породы образуются в результате выпадения из естественных растворов, находящихся в них веществ, главным образом вследствие пересыщения последних. Породы этой группы чаще всего классифицируют по их химическому составу. Так, например, хорошо известная всем каменная соль относится к галоидным породам. Весьма широко распространены в земной коре известняки, которые могут быть как химического, так и орга­ нического происхождения. Однако независимо от происхождения, известняки состоят главным образом из минерала кальцита (СаС03). Большое практическое значение в сельском хозяйстве имеют фосфо­ риты — осадочные породы, богатые фосфатами кальция. Эти породы называют агрономическими рудами; они применяются для изгото­ вления фосфоритовых удобрений (фосфоритовая мука, суперфосфат).

Породы органического происхождения образуются в результате жизнедеятельности животных и растительных организмов. Так, например, известняки органического происхождения в большинстве случаев почти полностью слагаются скелетными частями и панци­ рями морских животных. Известный всем писчий мел состоит на 60—70% из микроскопических раковин простейших морских орга­ низмов, а на 30—40% — из зерен кальцита химического происхо­ ждения.

Каустобиолиты, — это породы, относящиеся к горючим ископае­ мым. Среди природных каустобиолитов выделяют гумусовые и сап­ ропелевые породы и нефтяные битумы.

Гумусовые породы объединяют торф, бурые и каменные угли. Торф — это продукт неполного разложения остатков болотных растений (мхи, осоки, камыши, деревья и др.) в условиях избыточ­ ной влажности и затруднительного доступа кислорода. Если залежи торфа (торфяники) оказываются погребенными под толщами других осадочных пород, постепенно происходит полное разложение расти­ тельных веществ и торф превращается в бурый уголь. Этот процесс называется углефикацией.

Сапропелевые породы объединяют сапропелевые угли (богхеды), горючие сланцы и некоторые другие породы. Они образуются за счет разложения под водой простейших животных организмов

иводорослей. Все породы этой группы характеризуются высоким выходом различных газов и являются высококачественным сырьем для перегонки и химической переработки.

Нефтяные битумы объединяют нефтяные газы, нефть, асфальты

инекоторые другие породы. Нефть образуется из илов, богатых органическими остатками. Эти илы сначала подвергались разложе­ нию при недостатке кислорода, а затем дальнейшему преобразова­

118

нию под действием повышенных температур и давлений, господ­ ствующих в толщах литосферы.

Метаморфические горные породы возникают в результате пре­ образования ранее существовавших магматических или осадочных горных пород под влиянием изменяющихся физических и химиче­ ских условий среды, в которой находятся горные породы. К числу физических факторов метаморфизма относится, во-первых, повы­ шение температуры, благодаря чему происходит перекристаллиза­ ция и частичное переплавление горных пород и, во-вторых, — повы­ шение и изменение характера давления. К химическим факторам метаморфизма относится внедрение в данную породу газов с высокой температурой или же водных растворов, чаще всего сильно на­ гретых.

В результате метаморфизма первичные горные породы могут, например, только уплотняться, но очень часто их внешний вид, минеральный и химический состав изменяются до неузнаваемости.

При одностороннем сжатии горных пород, сопровождаемом повышением температуры, происходит их перекристаллизация и породы приобретают так называемую сланцеватость. Они состоят тогда из тонких пластинок (например, сланцы). В результате пере­ кристаллизации известняка образуется новая метаморфическая гор­ ная порода, называемая мрамором.

§51. Особенности залегания слоев осадочных

имагматических пород

Формы залегания горных пород можно разделить на первичные и вторичные. Под первичными мы понимаем такие формы залегания, которые возникают в процессе образования самих пород и тесно связаны с условиями их образования. Вторичные формы возникают в результате последующих изменений первичных форм.

Для осадочных горных пород характерной первичной формой залегания является горизонтально лежащий слой или пласт. Чере­ дование различных слоев называется слоистостью. Верхняя поверх­ ность слоя называется кровлей, а нижняя поверхность — подошвой. Расстояние между кровлей и подошвой называется мощностью слоя.

Горизонтальное залегание слоев связано с отложением осадков в условиях выровненных участков морского дна, низменных конти­ нентальных равнин или дна долин. Если же осадки откладываются на крутом подводном склоне морского берега или на другой наклон­ ной поверхности, то тогда первичное залегание слоев осадочных пород будет наклонным.

Между породами, слагающими слоистые толщи, возможны два случая соотношений: согласное залегание и несогласное залегание.

В случае согласного залегания каждый вышележащий слой без каких-либо следов перерыва в накоплении осадков налегает на нижерасположенный слой.

119