ЛЕКЦИЯ 1.5.1. ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Общая характеристика геологических процессов.
Как вытекает из предыдущих лекций, вещество, которым сложена земная кора (а также и другие геосферы), не пребывает в неизменном и неподвижном состоянии. Процессы преобразования и перемещения вещества в недрах Земли и на её поверхности называются геологическими процессами.
Геологические процессы подразделяются на две группы: эндогенные и экзогенные. Такое подразделение связано с различием энергетических источников этих процессов. Источником эндогенных геологических процессов является внутренняя энергия Земли. При этом протекать они могут не только непосредственно в недрах нашей планеты, но и на её поверхности. Например, вулканическая деятельность или горообразование проявляются именно на поверхности планеты. Но первоисточник этих процессов – внутренняя энергия Земли, поэтому они относятся к числу эндогенных.
К эндогенным геологическим процессам относятся те, источником которых является внутренняя энергия Земли. К их числу принадлежат процессы магматические, метаморфические и тектонические.
Экзогенные геологические процессы сосредоточены или непосредственно на поверхности Земли, или в самых верхних горизонтах литосферы (глубины до сотен метров, максимум – до первых километров). Их основными энергетическими источниками являются энергия Солнца (различным образом преобразуемая в географической оболочке) и сила тяжести. Определённое влияние оказывает также взаимодействие с другими внешними, относительно Земли, космическими телами (приливное воздействие Луны, падения на Землю метеоритов, астероидов, комет, осаждение космической пыли).
Результатом геологических процессов является формирование горных пород (или продуктов их разрушения), слагающих геологические тела разнообразной морфологии, находящиеся между собой в различных взаимоотношениях, а также форм рельефа. Особенности процессов неизбежно отражаются в минеральном составе и строении горных пород, характере залегания породных тел. Это позволяет реконструировать геологические процессы далёкого прошлого (на основе метода актуализма, о котором говорилось в лекции 1).
Экзогенные процессы.
К числу экзогенных геологических процессов относится, в первую очередь, цикл процессов, начинающийся с разрушения горных пород на земной поверхности и завершающийся формированием новых горных пород из продуктов разрушения. Естественную последовательность в этом цикле составляют:
1. Выветривание (разрушение горных пород под воздействием разнообразных экзогенных факторов).
2. Денудация (снос, удаление продуктов разрушения с места их образования).
3. Транспортировка (перенос продуктов разрушения на другое место). Одновременно с транспортировкой, как правило, происходит переработка и сортировка переносимого материала.
4. Седиментация (осаждение, накопление перемещённого вещества).
5. Литификация (преобразование рыхлого осадка в прочную горную породу).
В дальнейшем новообразованная горная порода снова может подвергнуться процессам выветривания, и цикл начинается снова. Изложенная выше стадийность, конечно, несколько идеализирована. В конкретных случаях она может нарушаться. Например, накопленный осадок, не испытав литификации, может вновь испытать выветривание или подвергнуться переносу. В некоторых случаях продукты выветривания вообще могут никуда не перемещаться, оставаясь на месте – а потом снова подвергнуться литификации и превратиться в новую горную породу.
Все перечисленные процессы протекают под действием многочисленных факторов и в различных обстановках, что приводит к большому разнообразию их результатов. Более подробное рассмотрение соответствующих аспектов и является предметом нескольких ближайших лекций.
Импактные процессы.
Особую категорию экзогенных геологических процессов представляют импактные (ударные) процессы. Они вызываются падением на поверхность Земли космических тел относительно крупных размеров (крупных метеоритов, астероидов, возможно ядер комет). Результатом этих процессов является образование специфических геологических структур и форм рельефа – метеоритных кратеров, а также своеобразных горных пород – импактитов. Самой характерной чертой импактитов является наличие минералов, образующихся в условиях сверхвысоких давлений, развивающихся в момент ударного воздействия. Проявления импактных процессов исключительно редки и их подробное рассмотрение в программу курса не входит.
Тектонические процессы.
Тектонические процессы – это разнообразные движения твёрдых масс литосферы и мантии Земли, протекающие благодаря действию внутренней энергии Земли. Эти процессы не могут наблюдаться в полном объёме, так как протекают в среднем с очень низкими скоростями (порядок – не более сантиметров в год) и растягиваются на огромные промежутки времени. Поэтому прямому наблюдению доступны лишь отдельные эпизоды тектонических движений, а судить об общем ходе такого процесса можно лишь по его результатам.
Вертикальные и горизонтальные движения.
Тектонические движения в земной коре по направленности подразделяются на две группы: вертикальные (или радиальные, по отношению к фигуре Земли в целом) и горизонтальные (тангенциальные). Первоначально основное внимание геологов привлекала преимущественно первая из названных групп. Причина этого в том, что сам факт вертикальных движений и их масштабы оценить значительно проще. Первый факт, однозначно свидетельствующий о наличии вертикальных тектонических движений – изменения положения береговой линии моря в разных районах мира. Уровень моря является глобальным высотным репером, поскольку воды Мирового океана стремятся, под действием силы тяжести, сформировать поверхность на единой высоте. Если на одних участках морских побережий море устойчиво наступает на сушу, а на других – отступает, обнажая участки бывшего морского дна, это означает только одно: такие изменения вызваны не колебаниями уровня мирового океана (они не могут в разных частях иметь разную направленность), а вертикальными движениями земной коры. Последние вполне могут быть на одних территориях восходящими, на других нисходящими.
Известно, что на протяжении многих веков уровень океана по отношению к побережью Голландии и северо-западной Германии медленно, но неуклонно повышается (и для защиты прибрежных равнин от наступающего океана здесь издавна строят дамбы). А у берегов Ботнического залива, разделяющего Швецию и Финляндию – также неуклонно понижается (здесь остатки средневековых портовых сооружений находятся сейчас на большом удалении от современной береговой линии моря). Следовательно, в первом случае земная кора на соответствующей территории медленно опускается, во втором – испытывает поднятие. Совокупные результаты этих движений выразились величинами в несколько метров за тысячу лет. За большие промежутки времени и масштабы перемещений будут более значительными. Есть этому и реальные свидетельства. Развалины греческих поселений, существовавших более 2000 лет назад на восточном побережье Чёрного моря, обнаруживают на дне моря на глубинах до 10 метров. А у западного побережья Южной Америки руины древних городов и портовых обнаружены на дне моря на глубинах многие десятки метров. Регулярные наблюдения в морских портах, ведущиеся с XIX века, также показывают, что в одних случаях положение уровня моря относительно суши медленно повышается, а в других – понижается со средними скоростями порядка первых миллиметров, иногда до 1 сантиметра в год.
В районах, удалённых от морских берегов, такие же данные получены в результате многократных повторных геодезических измерений вдоль линий железных дорог. В некоторых районах древнего земледелия (например, в Средней Азии) местному населению приходилось регулярно углублять оросительные каналы, которые пересекают участки местности, испытывающие медленные восходящие движения.
Представления о совокупных результатах вертикальных тектонических движений дают результаты геологических исследований. С древности люди неоднократно находили высоко в горах осадочные горные породы явно морского происхождения, нередко содержащие многочисленные остатки морских животных. Попытки «объяснений» некоторых христианских теологов, видевших в них следы «Всемирного потопа», с научной точки зрения быстро обнаружили свою несостоятельность. Сам же факт остался, и однозначно говорит о том, что участки бывшего морского дна могли испытывать поднятие и оказываться в итоге на высоте многих километров. Осадочными породами морского происхождения сложены даже самые крупные горные вершины мира – Джомолунгма и другие горы в Гималаях, имеющие высоты более 8000 м над уровнем моря. Разумеется, такие поднятия происходили не мгновенно. Подъём Гималаев начался, по геологическим данным, около 40 миллионов лет назад. Так что обычных (по современным наблюдениям) скоростей поднятия вполне достаточно, даже с учётом того, что одновременно с поднятием местности в противоположном направлении, уменьшая высоту гор, действуют эрозионные процессы.
Масштабы эрозионной деятельности также позволяют судить о величинах поднятий в тех или иных районах. Если в развитии речной долины определённо доминируют процессы донной эрозии и она, таким образом, неуклонно углубляется, это определённо говорит о том, что процесс протекает на фоне общего поднятия территории. Так, долина Енисея в районе г. Красноярска, с первой половины четвертичного периода (приблизительно за последний миллион лет) углубилась более чем на 200 м. Следовательно, за этот промежуток времени вся прилегающая местность испытала поднятие на соответствующую величину.
Иногда встречаются случаи, когда речная долина прорезает пересекающее её поперечное поднятие. Это – однозначный признак того, что долина реки возникла раньше поднятия, и постепенно углублялась по мере того, как поднятие развивалось. В окрестностях Красноярска такой характер имеет долина небольшой речки Караульной – одного из левых притоков Енисея.
Горизонтальные движения земной коры распознать в целом сложнее. Ведь для их оценки нет столь удобного репера, как уровень Мирового океана. Поэтому их значимость и масштабы долгое время недооценивались. Но в настоящее время, с появлением спутниковых геодезических систем, давших возможность точных измерений координат любых точек земной поверхности, стало ясно, что их масштабы, напротив, даже более значительны. По данным спутниковой геодезии величины горизонтальных перемещений блоков земной коры по отношению друг к другу, составляют величины порядка нескольких сантиметров в год. Это на порядок больше, чем скорости вертикальных движений. В итоге совокупный результат таких перемещений за обширные промежутки геологического времени может измеряться тысячами километров.