ПОЧВА лесники ответы / Voprosy_10-12

4

Вопросы 10-12

Динамическая геология как наука о геологических процессах

Динамическая геология - наука о геологических процессах, изменяющих состав, строение и лик Земли. Она исследует перемещение пород в земной коре, изучает все современные процессы, обуславливаемые энергией, возникающих в недрах земли, энергией Солнца, а также деятельностью человека.

Геологические процессы подразделяются на две большие группы: эндогенные (рождённые внутри) и экзогенные (извне рождённые).

К группе экзогенных процессов относятся: разрушение (выветривание) горных пород, снос (транспортировка) и последующее осаждение (седиментация) продуктов разрушения и выветривания (деятельность атмосферных и поверхностных вод, подземных вод, моря, ветра, ледников, животных, растений и человека).

К группе эндогенных процессов относят магматизм, метаморфизм, вулканизм, движения земной коры (землетрясение и горообразование).

Экзогенные геологические процессы начинаются с выветривания горных пород и заканчиваются осадконакоплением. Их связывают процессы смыва (сноса) и переноса (транспортировки) продуктов выветривания. В результате удаляются продукты разрушения горных пород, а на поверхность Земли обнажаются более свежие, ещё неразрушенные породы, которые становятся с этого времени объектами интенсивного выветривания.

Процессы, приводящие к обнажению горных пород путём сноса продуктов их разрушения, называются денудационными процессами или денудацией.

К ним относятся процессы выдувания и развеивания, смыва и размыва, выпахивания, абразия и другие.

Выдувание и развеивание продуктов разрушения горных пород производится ветрами, смыв размыв потоками дождевых, талых и подземных вод, выпахивание - движущимися ледниками, абразия - сбривание береговой полосы морским прибоем и отчасти прибрежными течениями.

Явление выветривания горных пород и денудации носят разрушительный характер: они разрушают горные породы, береговые склоны, возвышенности, горные сооружения.

Седиментация имеет созидательный характер. Однако, без явлений денудации, которые поставляют материал для образования осадков, седиментация была бы невозможна.

Явления выветривания и денудации приурочены к приподнятым участкам суши. Интенсивность этих процессов зависит от разности высотных отметок поверхности. По мере выравнивания поверхности длительность этих процессов постепенно угасает.

Осадконакопление приурочивается к пониженным участкам поверхности суши и происходит в основном в долинах рек, на дне морей и озёр. Скорость седиментации находится в прямой зависимости от продуктов выветривания. Повышение темпа осадконакопления всегда связано с усилением денудационных процессов, а понижение - их угасанием.

Результатом денудации и седиментации является постепенное выравнивание поверхности, а, следовательно, и постепенное угасание самих денудационных и седиментационных процессов. За прошедшие геологические эпохи должно было бы произойти выравнивание поверхности Земли, если бы экзогенным процессам не противостояли эндогенные геологические процессы, направленные в противоположную сторону.

Эндогенные процессы возобновляют различия в высотном положении отдельных зон и областей земной коры и тем самым стимулируют экзогенные геологические процессы.

Эти две группы процессов взаимосвязаны и могут существовать при протекании обоих. При экзогенных геологических процессах происходит глубочайшие изменения вещества земной коры, в результате чего образуются минералы и породы осадочного происхождения.

В настоящее время на целый ряд геологических процессов значительное влияние оказывает деятельность человека. Ускоряются такие процессы как водная и ветровая эрозия, абразия, выщелачивание пород. В связи с тем, что преобразующая деятельность охватывает значительную часть земной коры, выдвигается понятие о техносфере и техногенезе.

Техносфера это наружная оболочка Земли, связанная с технической деятельностью человека. Техногенез - это процессы, приводящие к возникновению новых образований на дневной поверхности (некоторые горные породы, формы рельефа).

Движения земной коры

Источником эндогенных процессов являются глубинные области Земли. Зарождаясь в верхней мантии, они постепенно или мгновенно распространяются на поверхностные зоны земной коры. Минеральные системы, порождаемые эндогенными процессами, отличаются более низким энергетическим уровнем, чем исходные (материнские), потому что эти процессы протекают по экзотермической схеме, т. е. всегда с выделением тепла. Это происходит при образовании магматических расплавов и при их кристаллизации, тектонических движениях и сопровождающих их землетрясений.

По экзотермальной схеме идёт метаморфизм осадочных пород.

Большинство эндогенных процессов сопровождается смещением (смешиванием) продуктов осадочной дифференциации земной коры. Это обусловлено высокими температурами в глубинных областях земной коры и с глубиной процесс смесимости веществ повышается.

В области метаморфических превращений эта смесимость выражается в образовании и усложнении твёрдых растворов - изоморфных смесей, а также усложнение состава и внутренней структуры минералов. Так при t=800^о уже невозможно разделить NaCl и KCl и ряда других элементов, в то время как в экзогенных условиях они образуются как самостоятельные минералы. Наибольшая смесимость веществ, происходит не в твёрдых растворах, а в жидких расплавах - магмах. Однако дальнейшая эволюция магматических расплавов сопровождается как явлением дифференциации вещества, так и ассимиляцией.

Между экзогенными и эндогенными превращениями вещества происходят процессы литификации (окаменения) осадочных пород. Они заключаются в обезвоживании первоначального ила и сильно гидратированных минералов, старении и перекристаллизации коллоидов, цементации осадка.

Перечисленные процессы подготавливают метаморфизм осадочных пород, который происходит под воздействием высоких температур и давлений на значительной глубине. Эти превращения начинаются с глубины 3-5 км и усиливаются с увеличением глубины.

Ниже зоны метаморфизма располагается зона ультраметаморфизма, где происходит частичное переплавление пород метаморфической толщи, внедрение магматических расплавов и летучих выделений в окружающие ещё нерасплавившиеся, но глубоко метаморфизированные толщи пород.

Дальнейшее развитие ультраметаморфизма приводит к появлению очагов магматических расплавов и последующему перемещению высокоподвижных магматических масс в земной коре.

Совокупность явлений магмообразования, миграции магматических расплавов и превращение их в магматические горные породы называется магматизмом.

Магматизм - сложный многостадийный процесс, при котором проявляются явления зарождения самой магмы, последующей её миграции в земной коре и образования магматических горных пород.

Магма, представляет огненно-жидкий расплав, состоящих из силикатов и всегда содержит летучие вещества - газы и пары воды.

Возникает магма путём переплавления на глубине горных пород или вещества мантии Земли. Магма находится на глубине в твёрдом состоянии, точнее в потенциально - жидком состоянии, несмотря на высокие температуры (1000-1200^оС). Это состояние поддерживается высоким давлением. При понижении давления или температуры вещество переходит в огненно-жидкое состояние.

Участки с только что возникшими магматическими расплавами называются первичными магматическими очагами. При перемещении магмы из первичных очагов в вышележащие толщи земной коры образуются вторичные очаги.

Магма, перемещаясь в толще земной коры, воздействует на окружающие горные породы высокой температурой, газами, парами воды, переплавляя и ассимилируя вещества этих пород, тем самым, изменяя их первоначальный состав.

Достигая поверхности Земли, магма теряет значительную часть газов и приобретает большую подвижность, превращаясь в лаву. Магма при миграции непрерывно меняет свой состав.

Магматизм проявляется в двух формах: а) в форме эффузивного магматизма. б) в форме интрузивного магматизма. При интрузивном магматизме магма лишь внедряется в толщу земной коры, но не пробивается на поверхность, а застывает на глубине, превращаясь в интрузивные (глубинные) горные породы.

Главными отличительными признаками их являются полнокристаллическое строение и залегание интрузивных тел в виде жил, даек, батолитов, лакколитов, силл и т. д.

При эффузивном магматизме магматические массы пробиваются через всю толщу земной коры и изливаются на поверхность. Этот процесс называется вулканизмом. На поверхности излившиеся массы быстро застывают и превращаются в эффузивные (излившиеся) магматические породы. Главными отличительными особенностями их являются стекловатое или неполнокристаллическое строение и залегают в виде покровов и потоков.

Вулканизм - природный процесс, позволяющий познакомиться со сложнейшими, глубинными явлениями, выбросом на поверхность лав, газов и растворов и кристаллизацией силикатного расплава.

Из расплавленных очагов магмы образующихся вследствие скопления в породах радиоактивных элементов и сложных физико-химических процессов, по трещинам и каналам происходит излияние этих масс на поверхность. Аппаратом вулканического извержения чаще всего является канал или жерло. Вследствие многократных извержений возникают вулканы - горы конической формы с кратером в вершине и подводящим каналом (вулканической трубкой). Эти горы различной высоты (Везувий, Ключевая сопка). Кратер - это воронкообразный выводной канал.

Помимо конических гор, расположенных обычно вблизи моря, существуют трещинные вулканы, в результате деятельности которых возникают лавовые покровы.

Вулканы подразделяются на действующие и недействующие. Число действующих доходит до 600, недействующих до 1500-2000. Современные вулканы расположены на земном шаре в зонах, приуроченных к подвижным участкам земной коры, называемым геосинклиналями

Первая зона - Тихоокеанское огненное кольцо .обрамляющее Тихий океан, Алеутские острова, Камчатский полуостров, Курильские, Филлипинские, Молуккские и Малайские острова, Новую Гвинею, Новую Зеландию, Антарктиду, далее горные цепи Тихоокеанского побережья, Южной, Центральной и Северной Америки. Линейно-кольцевое расположение вулканов в данной зоне не случайно. Здесь происходит величайшая зона разлома земной коры, отделяющая впадину Тихого океана от окружающих её континентальных массивов земной коры.

Вторая зона - Индо-Европейская зона, охватывающая Среднеземноморье и острова Юго-Восточной Азии. Сюда относятся вулканы: Везувий (близ Непала), Стромболи и Вулкано (Липарские острова), Этна (Сицилия), вулканы Греческого архипелага, Малой Азии, Кавказа.

Особую группу составляют Тихоокеанские вулканы, приуроченные к зонам разлома центральных частей Тихого океана: вулканы Гавайских, Ново- Британских, Соломоновых, Фиджи, Самоа, Таити и Маркеуских островов.

Третья зона - Атлантическая меридиальная полоса, расположенная вдоль восточного побережья Атлантического океана и приурочена к приподнятой части и сопровождающим её зона разлома дна Атлантического океана. Сюда относятся вулканы Исландии, Азорских островов и Канарских, Зелёного мыса, Вознесения, Святой Елены и другие.

К особой группе относятся вулканы Абиссинии и более южных областей, составляющих Восточно-Африканский вулканический пояс и приуроченные к гигантским разломам древних материков (Центральная Африка) и по дну океанов.

При трещинных излияниях в геологическом прошлом образовались знаменитые базальтовые покровы плоскогорья Декан (Индия), Южной Африки, Южной Америки, Сибири, на Армянском нагорье. Современные трещинные излияния известны только в Исландии (вулкан Лаки).

В извержении вулкана выделяется несколько фаз: первая – начинается землетрясение в районе вулкана и происходит выброс газа из кратера; вторая – основная – происходит излияние лавы; третья – поствулканическая – излияние лавы прекращается, происходит выделение газов и паров воды. Продуктами извержения вулканов являются лава (расплавленная часть), газы и твёрдые вещества.

Лава – в зависимости от температуры (от 1000 до 1200^о) она бывает жидкой или тягучей. При застывании жидкой лавы возникает покров волнистой лавы, Из вязкой лавы образуется глыбовый лавовый покров, в котором глыбы нагромождаются друг на друга при изливании новых порций лавовых излияний. При подводном излиянии возникает подушковая лава из округлых образований.

Главной составной частью вулканических газов являются пары воды, избыток и конденсация которых в атмосфере вызывает ливневые дожди. Кроме воды, в состав газов входят: CO₂, NH₃, SO₃, H₂S, NH₄Cl, N₂, H₃PO₃, HF, Cl, FeCl₂, HCl и другие.

Твёрдые продукты образуются из лавы путём распыления её прорвавшимися вулканическими газами, при этом образуются большие массы вулканического пепла, вулканического песка, ляпиллей, вулканических бомб. Осаждаясь, они образуют мощные толщи твёрдых образований, которые впоследствии цементируясь, образуют вулканокластические породы – вулканические туфы, вулканические конгломераты. К твёрдым продуктам извержения относятся также обломки и глыбы пород, оторванных от стенок вулкана, из них образуются вулканические брекчии.

В зависимости от внешней формы вулкана, его деятельности, продуктов извержения выделяют пять типов вулканических извержений:

1) гавайский щитовидный тип – лава очень жидкая (базальтовая), извержения происходят без выделения газа, пепла и вулканических бомб;

2) стромболианский тип – лава жидкая, но обогащённая газами, при извержении часты взрывы;

3) тип Вулкано – лава вязкая, тягучая, быстро застывает, извержения сопровождаются сильными взрывами;

4) пелейский тип – лава очень вязкая, застывает в виде куполов, закупоривая канал;

5) тип Каратау – взрывной, с выбросами пепла, кусков пемзы и жидкой грязи.

После прекращения активной деятельности вулканы вступают в поствулканическую стадию своего развития, для которой характерно выделение вулканических газов (фумаролл) из трещин на склоне или у основания вулканической горы и появлению в последствии горячих источников (терм). В начале температура в них более 500^оС, в составе преобладает Cl и F; со временем они сменяются газовыми струями H₂S и SO₃ – сольфатары; в последнюю стадию температура около 100^оС и углекислые струи – мофетты. Периодически действующие горячие источники – гейзеры. С их деятельностью связано образование кремнистых и известковых туфов.

Тектонические движения земной коры. Движения (перемещение) вещества Земли, приводящее к изменению формы залегания горных пород, обусловленные действием внутренних сил и частично силы тяжести, называются тектоническими движениями.

Подвижность земной коры зависит от характера тектонических структур, из которых наиболее крупными являются платформы и геосинклинали. Платформы – это относительно устойчивые, жёсткие и малоподвижные структуры. Они характеризуются выровненными формами рельефа и являются кристаллическим фундаментом, над которым залегает толща ненарушенных осадочных пород. Геосинклинали – это подвижные участки земной коры и располагаются между платформами, представляя собой как бы подвижные их сочленения. Для них характерны разнообразные тектонические движения, вулканизм, сейсмические явления. Здесь накапливаются мощные толщи осадочных пород.

Выделяют два типа тектонических движений:

1) колебательные или эпейрогенические - медленные и незаметные поднятия и опускания отдельных участков земной коры, приводящие к образованию крупных поднятий и прогибов;

2) горообразовательные (дислокационные) движения: складчатые, обуславливающие смятие горизонтальных слоёв земной коры в складки; разрывные, сопровождающиеся разрывами сплошности слоёв и массивов горных пород.

Причины, вызывающие эти движения, многочисленны: вращение Земли, силы тяжести, тепло, образующееся при радиоактивном распаде, силы сжатия и растяжения. Они подразделяются на две группы: 1) вертикальные, направленные сверху или снизу, вызывающие растяжения слоёв и приводящие к возникновению трещин, разломов; 2) боковые, тангенциальные, направленные горизонтально и создающие сложные складки – надвиги. В обоих случаях может происходить внедрение магмы и излияние лавы.

Горообразовательные движения вызывают резкое изменение залегания горных пород – приводит к их смятию, изгибу, иногда к возникновению складок и гор.

Различают: складки изгиба – формируются при скольжении двух изгибающихся слоёв; складки скалывания – возникают вследствие перемещения материала по поверхности скалывания; складки нагнетания – образуются в результате течения горных пород, способных к пластичным деформациям - это складчатые деформации.

По положению к осевой плоскости различают прямые, косые, наклонные, лежачие и опрокинутые складки. Складки, обращённые выпуклостью кверху, имеющие форму дуги или вала, называются

синклинальными. К ним приурочены залежи газа, нефти. Складки, обращённые выпуклостью книзу, называются антиклинальными. К ним приурочены напорные артезианские воды

Разрывные движения - смещение горных пород с разрывом слоёв по вертикали, опусканием или поднятием отдельных слоёв – называется сбросом; другие разновидности – грабеном (сбросовая впадина – котловина оз. Байкал), горстом (структурная форма, у которой центральная часть выдвинута кверху), надвигом (нарушение при надвигании одного пласта на другой под углом 60^о или меньше 45^о). Величина перемещения слоёв относительно друг друга называется амплитудой нарушения.

Колебательные движения представляют собой медленные вертикальные движения земной коры, которые заключаются в поднятиях и опусканиях и часто приводят к образованию континентов.

Выделяют следующие виды колебательных движений:

1) колебательные, прошедших геологических периодов;

2)новейшие, имевшие место неоген-четвертичное время – длительность около 25 млн. лет;

3)современные, происходящие в историческую эпоху, т.е. за последние 6…7 тыс. лет (неотектоника).

Интенсивные опускания суши наблюдаются в Нидерландах (2,5…3 мм/год), ФРГ (2 мм/год), Предкавказье (3…5 мм/год); поднятия – в Скандинавии (Швеция - 3…4 мм/год), Финляндии (10 мм/год), Украинский кристаллический щит (10 мм/год), в Москве (3,7 мм/год), в Санкт-Петербурге (3,6 мм/год). Известны участки с попеременными поднятиями и опусканиями суши: Неаполитанский залив (более 12,5 мм/год), оз. Байкал (с 1880 года западный берег озера опустился на 40…50 см, восточный поднялся на 12 см). При 9-балльном землетрясении Байкал опустился на 15 м.

С колебательными движениями земной коры связано частое перераспределение суши и моря и перемещение береговой линии. Геологическая деятельность больших водных бассейнов слагается из трёх основных процессов: разрушения побережий, переноса осадков и их отложения. Разрушение берегов морским прибоем и проникновения моря на сушу, способствует её разрушению. Разрушение берегов усиливается при повышении уровня моря и понижении берега.

Процесс продвижения моря вглубь суши называется трансгрессией моря, т. е. наступление моря на сушу.

При отступлении моря и обнажении морских осадков происходит сокращение площади Мирового океана. Это процесс называется регрессией.

При трансгрессии береговая линия перемещается вглубь континента и прежние мелководные и прибрежные участки моря оказываются удалёнными от берега и здесь поверх ранее отложившихся грубых осадков одной фации будут накапливаться осадки более тонкие другой фации. То есть на галечник, отлагается песок, затем глины и известняки.

При регрессии наоборот – известняки, глины, пески и галечник.

В результате трансгрессии на поверхности суши образуется область эпиконтинентальных морей и полоса материкового шельфа (мелководье). На участках погружения поверхности суши под уровень моря часто происходит затопление речных долин, возвышенностей и других неровностей местности.

Затопленные в таких условиях устья рек называется на севере губами (Обская губа) на юге - лиманами (Днепровские лиманы). При погружении суши с сильно пересечённым рельефом появляются подводные каньоны, подводные горные сооружения и некоторые другие формы рельефа.

При регрессии эпиконтинентальных морей с их ровным абрадированным дном образуются обширные низменности, слегка покатые в сторону моря, подобные Западно-Сибирской низменности. Если море отступает, то на береговой равнине появляется ряд плоских, расположенных один под другим уступов. Они представляют собой волноприбойные морские террасы.

Складчатые движения выводят пласты осадочных горных пород из горизонтального положения и придают им наклон или сминают в складки (складчатые дислокации). При этом разрыва сплошности пластов (слоёв) не происходит. Основными формами складчатых дислокаций являются: моноклиналь, флексура, антиклиналь и синклиналь.

Моноклиналь – самая простая форма нарушения первоначального залегания пород, при этом слои наклонены в одну сторону. Флексура – коленоподобная складка, образующаяся при смещении одной части пород относительно другой без разрыва сплошности. Антиклиналь – складка, обращённая вершиной вверх, синклиналь – складка, обращённая вершиной вниз.

Разрывные движения - происходит разрыв сплошности пластов и разорванные их части смещаются относительно друг друга по плоскости разрыва, образуя сбросы, взбросы, грабены, горсты и надвиги.

Сейсмические явления проявляются в виде упругих колебаний земной коры и активно проявляются в районах геосинклиналей, где действуют современные горообразовательные процессы.

Землетрясения – это сотрясение земной коры, происходящее от тектонических, вулканических, денудационных причин, а также при различных взрывах в горах и атомных.

Колебания эти могут происходить как на суше (землетрясения, так и на море (моретрясения) – часто возникают высокие волны цунами, разрушающие приморскую часть суши.

Вулканические землетрясения связаны со сжатием газов в жерлах вулканов и приурочены к районам их распространения.

Денудационные землетрясения имеют местное значение и возникают при провалах пород, а также вследствие горных обвалов.

Тектонические землетрясения – наиболее разрушительные. Возникают в результатах тектонических процессов, вызывающих разрыв сплошности горных пород, вследствие чего силы упругости превышают предел прочности, в результате происходит сотрясение почвы, сопровождаемые вулканическими и денудационными процессами.

Землетрясения приурочены к наиболее подвижным участкам земной коры - геосинклинальным и складчатым системам. Большинство землетрясений (92%) происходит в областях молодых складчатых гор и вблизи глубоких океанских впадин, а также в районах интенсивной вулканической деятельности и приурочено к зонам разломов. Области, где землетрясения происходят часто, называются сейсмическими, где редко – асейсмическими. Сила землетрясений измеряется в баллах.

Существует двенадцати - бальная шкала и уже при шести баллах начинаются разрушения. Участок, где накапливается сейсмическая энергия и происходит разрыв породы, называется гипоцентром; проекция гипоцентра на поверхность Земли называется эпицентром.

Моретрясения возникают в глубоких океанических впадинах. Быстрые поднятия и опускания дна океанов вызывают смещение крупных масс горных пород и на поверхности океана порождают пологие волны (цунами) с расстоянием между гребнями до 150 км и очень небольшой высотой. При подходе к берегу вместе с подъёмом дна и сужением берегов в бухтах высота волн увеличивается до 15…20 и даже до 40 м.

Цунами перемещаются на расстояния в сотни и тысячи километров со скоростью 500…800 и более 1000 км/. По мере уменьшения глубины моря крутизна волн резко возрастает, и они со страшной силой обрушиваются на берега, вызывая разрушение сооружений и гибель людей.

Земная кора представляет собой физически неоднородную среду, поэтому объёмные деформации вещества протекают неравномерно, что создает очаги напряжений, усиливающих неустойчивость этой среды.

В условиях земной коры и подкоркового субстрата источники объёмных напряжений и физическая неоднородность среды носят региональный, иногда и общепланетарный характер. Возникающие при этом деформации так же носят региональный или планетарный характер и создают поля тектонических напряжений и деформации.

Тектонические движения земной коры противостоят выравниванию земной поверхности и постоянно порождают основное условие для развития экзогенных процессов - различное высотное положение чистой суши и дна моря. Благодаря тектоническим деформациям земной коры происходит миграция магматических расплавов, так же явление метаморфизма горных пород.

Тектонические процессы считаются и действительно являются ведущими геологическими процессами, хотя сами они являются интегральным результатом объёмных напряжений земной коры и подкоркового субстрата, неизбежно возникающих при геологических превращениях вещества этих оболочек. В результате длительно развивающегося взаимодействия двух противоположных сил: эндогенных и экзогенных процессов, создаётся рельеф земной коры.

Рельеф поверхности земной коры

Рельеф - совокупность форм земной поверхности (возвышений, равнин, углублений) различных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Формы земной поверхности очень динамичны, находятся в состоянии непрерывного изменения и превращения, что приводит к уничтожению старых форм рельефа и возникновению новых. Основными факторами, управляющими процессами рельефообразования, являются тектонические движения (эндогенные) земной коры и климат (экзогенные). В соответствии с деятельностью этих факторов все формы рельефа подразделяются на эндогенные (планетарные, тектонические и вулканические) и экзогенные (денудационные – выработанные и аккумулятивные).