Общая, историческая и региоанальная геология

переходный характер: с материковой стороны она несёт черты континентальной коры, в которую постепенно и переходит; со стороны океана характер земной коры – океанический с постепенными или относительно быстрыми переходами к океаническому типу.

Средняя плотность вещества земной коры по слоям заметно изменяется: от 2,4-2,5 г/см3 в осадочном слое до 2,8-3,3 г/см3 в «базальтовом» при среднем значении плотности пород земной коры 2,8 г/см3.

По химическому составу в земной коре преобладают кремний и алюминий, поэтому раньше её называли сиаллической оболочкой Земли.

Мантия Земли составляет основную часть планеты по массе и объему. Она распространяется до глубины 2885 км, заканчиваясь поверхностью Вихер- та-Гутенберга. Внутри мантии по скоростям прохождения упругих сейсмических волн, особенностям их преломления и отражения выделяется несколько отражающих поверхностей на глубинах 400, 900 и 2700 км.

В строении мантии выделяют две главные зоны: верхнюю и нижнюю. Верхняя мантия распространена до глубины 900 км. Она состоит из двух чётко разделяющихся слоёв: верхний распространён до глубины 400 км, его верхняя часть называется субстратом, который вместе с земной корой образует литосферу Земли. Нижнюю часть верхнего слоя, по имени открывшего её сейсмолога БГутенберга, назвали слоем Гутенберга. В нём резко уменьшается скорость распространения упругих сейсмических волн в связи с повышенной текучестью вещества. Он является «волноводом», по которому сейсмоволны продолжительное время идут вдоль слоя. Плотность вещества в слое Гутенберга достигает 3,5 г/см3, а скорость упругих сейсмических волн не превышает 8 км/сек. Этот слой называют также астеносферой, в которой зарождаются глубокофокусные землетрясения огромной разрушительнойсилыирасполагаютсяочагимощныхвулканическихизвержений.

Нижний слой верхней мантии называется слоем Голицына. В нём происходит резкое нарастание плотности вещества до 4,5 г/см3, а скорость продольных сейсмоволн – до 11,3 км/сек.

Нижняя мантия распространена до глубины 2885 км, в ней плотность вещества увеличивается до 5,6 г/см3, а скорость распространения упругих сейсмических волн – до 13,6 км/сек. Здесь нарастает давление и происходит переход к плотнейшим упаковкам всех существующих там соединений.

Ядро Земли имеет, по косвенным данным, железоникелевый состав, близкий составу железных метеоритов, сложенных на 90% железом и на 10% никелем. Все остальные элементы составляют около 1%. Плотность вещества метеоритов и, предположительно, вещества ядра Земли достигает 9 г/см3.

Гравитационное поле Земли обусловлено геологическим строением и разной плотностью горных пород, слагающих земную кору и более глубинные зоны. Изучением величин, характеризующих гравитационное поле, их использованием для определения фигуры Земли, общего внутреннего строения и других проблемных вопросов занимается наука, которая называется гравиметрией.

Гравитационное поле задаётся полем силы тяжести, которое является результирующей двух основных сил: силы притяжения (тяготения) Земли и центробежной силы, вызванной её суточным вращением. Центробежная сила уменьшает силу тяжести от полюсов к экватору – на экваторе она на 0,5% меньше, чем на полюсах.

Величина силы тяжести зависит от фигуры и распределения плотности внутри Земли. Сила тяжести определяется специальными приборами, которые называются гравиметрами. Измерения силы тяжести могут производиться на поверхности Земли стационарно или с движущихся объектов: лодок, самолётов, вертолётов, машин, кораблей с непрерывной записью измерений ускорения силы тяжести по пути следования движущегося объекта.

Гравитационное поле Земли имеет очень сложный характер, что объясняется неоднородным строением планеты по плотности (разный состав и условия залегания горных пород) и неправильной формой самой Земли. Для решения практических задач гравитационное поле рассматривают состоящим из двух частей: нормального поля, изменяющегося с широтой, и аномального поля, сложного по распределению, обусловленного неоднородностями плотности пород в верхних слоях земной коры.

Разность между наблюденной силой тяжести и нормальной, рассчитан-

ной по формуле распределения нормальной силы тяжести, называется аномали-

ей силы тяжести.

На основании гравиметрических измерений составляются карты гравиметрического поля в изолиниях силы тяжести, то есть линиях равной силы тяжести. С помощью этих карт изучается распределение плотностных неоднородностей в теле планеты на разных глубинах, что отражает основные черты геологического строения того или иного участка земной коры.

Магнитное поле Земли. Источниками магнитного поля являются намагниченныетела, проводникистокомидвижущиесяэлектрическизаряженные тела.

Магнетизм планеты обусловлен действием постоянных источников, расположенных в недрах Земли. Эти источники испытывают медленные вековые изменения. Магнетизм обусловлен также переменными источниками, расположенными как в магнитосфере Земли, так и в ионосфере.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

гическими телами сейсмические волны могут отражаться и преломляться (рис. 7.). При сейсмологических исследованиях регистрируются все волны: прямые, отражённые и преломлённые, которые несут наиболее полную информацию о внутреннем геологическом строении геосфер Земли (рис. 6).

Рис. 7. Принцип-схема работы метода отражённых волн (МОВ)

В – источник излучения; 1 – сейсмоприёмник; 2 – направление отражённых волн; 3 – отражающая поверхность; 4 – горные породы нижнего комплекса

На всей планете развёрнута сеть сейсмостанций, которые постоянно регистрируют упругие сейсмические волны. Особое значение эти наблюдения имеют для сейсмоопасных и сейсмоактивных районов.

На использовании законов распространения упругих сейсмических волн в недрах Земли основаны сейсмометрический и сейсмологический методы исследования внутреннего строения планеты. Разница между ними в том, что сейсмологический метод основан на изучении распространения естественных упругих сейсмических волн, образующихся в результате землетрясений, а сейсмометрический метод использует искусственные сейсмические волны, образованные в результате искусственных взрывов зарядов в стволах буровых скважин. Суть же того и другого заключается в изучении особенностей прохождения упругих сейсмических волн через разные зоны или геосферы планеты. Это даёт возможность предположительно говорить об определённых условиях залегания и составе горных пород на разных глубинах в недрах Земли. Сейсмические методы весьма разнообразны, вот некоторые из них: МОВ – метод отражённых волн; МПВ КМПВ – метод преломлённых волн; МНРП – метод направленного регулируемого приёма и т. д. Для изучения малых и средних глубин применяется метод ВЧС – высокочастотной сейсморазведки, а для глубинных зон планеты – метод ГСЗ – глубинного сейсмического зондирования.

В строении ядра условно выделяют три концентрические зоны: внешнее ядро, переходный слой и внутреннее ядро. Большинство учёных считает, что внешнее ядро Земли находится в жидком состоянии, а внутреннее – в твёрдом.

Химический состав и возраст Земли. На основании изучения химического состава всех известных на Земле горных пород, внутреннего строения Земли и теоретических расчётов учёными получены разные варианты среднего химического состава вещества нашей планеты. Среднее содержание химического элемента в веществе Земли называется его кларком. Кларки могут быть весовыми или атомными. Первые рассчитываются в весовых количествах – весовые % или г/т, вторые – в % от числа атомов. Расчёты средних содержаний химических элементов в земной коре впервые были выполнены американским учёным Ф. Кларком (1889 г.), а позже уточнялись А. Е. Ферсманом, А. П. Виноградовым, С. Р. Тэйлором и другими. Наиболее распространены в земной коре O2, Fe, Si, Mg, Ni, Al, Ca и S, составляющие в сумме до 99% вещества Земли, остальные элементы составляют всего около 1%. По данным А. П. Виноградова (1962 г.), в земной коре содержание некоторых химических элементов составляет (в г/т): O2 – 470000, Si – 295000, Al – 80500, Fe – 46500, Ca – 33000, Na – 25000, K – 5000, Mg – 18700, Ti – 4500, Cu – 47, Co – 18 и т. д.

Радиологическими методами возраст разных горных пород определяется в миллионах и миллиардах лет. Возраст планеты устанавливается по возрасту самых её древних горных пород, а также по возрасту вещества метеоритов. Древнейшие земные горные породы имеют возраст 3,5-4,0 млрд лет, возраст вещества метеоритов – 4,5 млрд лет.

На основании радиологических определений в настоящее время возраст Земли принимается равным в пределах 4,5-5,5 млрд лет.

1.3.1 Физические поля Земли и геофизические методы изучения её геологического строения

Земля находится в постоянном движении и взаимодействии с другими космическими телами, образуя различные наружные и внутренние физические поля, такие как: тепловое, магнитное, поле силы тяжести и некоторые другие. Характер распространения и строения этих полей позволяет косвенно судить об особенностях геологического строения тех или иных приповерхностных или глубинных участков планеты.

Тепловое поле Земли возникло из поверхностных и внутренних источников тепла. Главным поверхностным источником его является Солнце, посылающее на каждый квадратный сантиметр поверхности в год около 170 ккал, из них до 60 ккал поглощается атмосферой. Остальное тепло посту-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

пает в литосферу и гидросферу, являясь причиной многих экзогенных геологических процессов (ветер, выветривание и т. д.). Незначительную роль в поверхностном тепловом поле играет тепло приливного течения.

Глубинные источники тепла играют заметно меньшую роль, количество такого тепла во много раз меньше, хотя роль глубинного тепла в эндогенных геологических процессах чрезвычайно велика.

Считается, что существует два основных источника внутреннего тепла: радиационное – за счёт радиоактивного распада химических элементов в недрах Земли и за счёт сепарации вещества земного ядра.

Радиоактивный распад даёт основную часть эндогенного тепла. Основными источниками разогрева недр планеты являются уран, торий и радиоактивный изотоп калия. Радиоактивные элементы связаны чаще с гранитами и осадочными горными породами земной коры.

Внедрах Земли существует зона постоянных температур – зона с температурой, равной среднегодовой температуре этой области. Выше температура целиком зависит от климатической и сезонной температуры для этого участка планеты. Ниже зоны постоянных температур она постепенно повышается за счёт внутренних источников тепла. Но повышение температуры с глубиной в разных районах планеты происходит по-разному, в зависимости от особенностей геологического строения участка, различной теплопроводности горных пород, а также и от различного количества тепла, поступающего из недр.

Всреднем для Земли рассчитаны скорости увеличения температуры с погружением в недра – это геотермические градиенты. В верхней части земной коры средний геотермический градиент составляет 3,0˚С на каждые 100 м, то есть через каждые 33 м температура повышается на 1˚. Каждый конкретный участок земной коры характеризуется своим местным градиентом, который зависит от геологическогостроенияиблизостиилиудалённостиотнегомагматическихочагов.

Так как радиоактивные элементы связаны с кислыми и осадочными горными породами, а их количество с глубиной уменьшается, а нижняя часть земной коры сложена веществом основного состава («базальтовым» слоем), то ниже 10-15 км прирост температуры замедляется.

Считается, что в нижних слоях земной коры на континентах нижним пределом температур является 600-800˚С, а в океанах – всего 150-200˚С. Верхний предел определяется температурой плавления минерала оливина, который содержится в составе верхней мантии. Эта температура составляет 1950˚С – онато и принята за верхний предел температуры твёрдого вещества Земли, так как при более высоких температурах любое вещество в недрах будет расплавлено.

Температура на границе мантии и земного ядра рассчитана теоретически и составляет предположительно от 1000˚С до 5000˚С. Вещество ядра Земли имеет температуру, также полученную путём теоретических расчётов и составляющую 3600-6000˚С. Тепловое поле Земли играет огромную роль в геологических процессах, происходящих как на поверхности, так и в недрах планеты. С солнечной энергией непосредственно связаны процессы выветривания любого типа, деятельность ледников, возникновение и работа ветра и др. Внутреннее тепло вызывает метаморфические и магматические процессы, является их главной действующей силой.

Температура оказывает большое влияние на формирование целого ряда месторождений полезных ископаемых. Например, при формировании месторождений нефти и газа температура определяет фазовый состав образующихся скоплений углеводородов. Данные о пластовых температурах могут использоваться при прогнозе и проведении поисковых работ на месторождениях углеводородов. Температурными режимами определяется и формирование в разных условиях рудных минералов, среди которых по этому признаку выделяют вы- соко- , средне- и низкотемпературные минеральные ассоциации.

Волновое поле упругих сейсмических волн. Сейсмические волны являются одним из главных источников информации о внутреннем строении Земли. Изучением закономерностей распространения этих волн, изучением землетрясений, регистрацией сейсмических волн и обработкой всех материалов по ним занимается наука, которая называется сейсмологией.

Упругие сейсмические волны возникают в очаге землетрясения и распространяются со скоростью, зависящей от состава и внутреннего строения горных пород, а также от условий их залегания. Распространение этих волн происходит по всем направлениям путём упругих перемещений частиц среды. Различают два типа сейсмических волн: продольные и поперечные. Продольные волны перемещают частицы в направлении распространения волн, а поперечные – в направлении, перпендикулярном к их направлению перемещения. Скорость распространения продольных волн значительно больше, чем скорость распространения поперечных.

В связи с неоднородностью и сложностью геологического строения литосферы, наличием многочисленных литологических границ между слоями и телами горных пород упругие сейсмические волны не могут распространяться прямолинейно, направление их перемещения постоянно искривляется. При этом распространение этих волн подчиняется законам распространения оптических волн, то есть на границах между разными по составу или строению геоло-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

а поэтому способствуют сглаживанию резких колебаний температуры на поверхности планеты и увлажнению отдельных районов. Эта часть гидросферы является важнейшим источником различных минеральных ресурсов: нефти и газа, фосфоритов, железных и марганцевых руд, россыпных скоплений золота, олова и редких металлов, других полезных ископаемых. В морях и океанах накапливается огромная масса различных по составу осадков: обломочных, приносимых реками; хемогенных и органогенных. Все это показывает, насколько важно геологам понимать процессы, связанные с деятельностью морей и океанов, а, следовательно, насколько важно их изучать.

Наиболее крупным океаном на Земле является Тихий океан, который занимает площадь около 180 млн км2, составляющую 50% площади Мирового океана. В Тихом океане расположена самая глубоководная впадина (желоб) – Мариинская, имеющая максимальную глубину 11022 м. Средняя глубина этого океана составляет почти 4000 м.

Самое крупное море на Земле – Коралловое море – расположено в Тихом океане и имеет площадь 4791 тыс км2, а максимальную глубину 9140 м. Одно из самых крупных северных морей – Баренцево море – занимает площадь 1405 тыс км2 с наибольшей глубиной всего 600 м.

Границы океанов обозначаются береговыми линиями, разделяющими сушу и море.

Очень большую роль в геологической деятельности играет характер рельефа дна Мирового океана. Он весьма сложный, но в зависимости от положения отдельных его участков относительно суши и глубины принято выделять следующие зоны в направлении от берега к океану: материковый шельф, материковый склон, океаническое ложе и глубоководные впадины. Иногда нижнюю часть материкового склона выделяют как самостоятельную зону рельефа дна – материковое подножие. Название более мелководных зон – материковые – подчёркивает, что земная кора под этими зонами имеет материковый (континентальный) характер в отличие от океанического ложа и глубоководных впадин, под которыми земная кора принадлежит к океаническому типу.

Материковый шельф – это прибрежный участок моря или океана (рис. 15), имеющий пологую поверхность, слабо наклонённую в сторону океана.

Глубина зоны шельфа изменяется в широких пределах: от 80-90 до 500 м, составляя в среднем около 200 м. В зоне шельфа накапливается большое количество обломочного материала, приносимого реками и образующегося в результате разрушительной работы моря в береговой зоне. Этот материал вместе с хемогенными осадками выравнивает первичные неровности рельефа мелко-

Встроении атмосферы наблюдаются некоторые интересные закономерности: она состоит из нескольких оболочек, различающихся специфическими физическими параметрами (температурой и давлением) и их динамикой. Эти оболочки образуют концентрически-зональное тело. Нижняя часть атмосферы называется тропосферой, протягивающейся на высоту от 8-10 км на полюсах Земли и до 16-18 км на экваторе. По мере удаления от поверхности Земли температура в тропосфере понижается до –40 –90˚С, а давление – до 100300 мбар. Колебания температуры в тропосфере зависят от климатической зоны

исезона года. Максимальные колебания отмечены в полярных областях, минимальные – в зоне экватора. Атмосферой поглощается 45% тепловой солнечной энергии. Способность поглощать и аккумулировать тепловую энергию Солнца называется парниковым эффектом и определяется содержанием углекислого газа и водяных паров.

Вверхнем слое тропосферы температура стабилизируется, и он называ-

ется тропопаузой.

Над тропосферой располагается следующая концентрическая оболочка, называемая стратосферой. Стратосфера простирается до высоты 55 км. В отличие от тропосферы температура в этой сфере с удалением от поверхности Земли повышается, достигая в верхней части 0˚С, а иногда и выше. Повышение температуры в стратосфере происходит на 1-2˚С через каждый километр высоты. Именно в стратосфере расположен озоновый слой с максимальным содержанием озона на высоте 25 км. Верхний слой стратосферы характеризуется постоянной температурой около 0˚ С и называется, по аналогии с тропосферной зоной постоянных температур, стратопаузой.

Еще выше располагается мезосфера – до высоты 80-85 км. От стратосферы она отличается тем, что температура в ней с удалением от Земли снова последовательно понижается до –60 –80˚С и верхняя ее зона – мезопауза – характеризуется также постоянными температурами. Одной из примечательных особенностей мезосферы является такое интересное атмосферное явление, как полярное сияние, вызываемое высоким содержанием в ней ионов газов.

Над мезосферой находится предпоследняя зона атмосферы, простирающаяся до высоты 800 км, называемая термосферой, сменяющейся экзосферой, высота распространения которой достигает 2000 км. В составе экзосферы преобладают ионы легких газов: водорода и гелия, а также элементарные частицы. Она является переходным слоем от атмосферы к межпланетному пространству. Таким образом, высота атмосферы Земли составляет 2000 км.

Состояние атмосферы изучается по трем важнейшим факторам: температуре воздуха, содержанию водяных паров (давление), а также характеру и направлению перемещения воздушных масс (ветер).

Температура воздуха в атмосфере очень изменчива. Общепризнанным северным полюсом холода является метеостанция Оймякон в Якутии с отмеченным минимумом температуры воздуха –67,7˚С. Близкие температуры отмечены на севере Канады, в Гренландии, на Аляске. Южным полюсом холодного воздуха является станция «Восток» в Антарктиде с минимальной температурой воздуха –88,3˚С.

Выявлены на планете и самые горячие точки. Они расположены в США, в пустыне Мехаве, где воздух прогревается до +56,7˚С, и в Ливийской пустыне – до +57,8˚С. Надо иметь в виду, что приведенные температуры воздуха характеризуют только нижние слои атмосферы. Непосредственно на поверхности Земли температура выше также в тропической зоне и ниже в полярных областях. Так, в Туркмении температура песка составляет +77˚С при температуре воздуха всего +45˚С. В Заполярье при температуре воздуха –67,7˚С температура снега достигает –69,9˚С.

Для природных геологических процессов часто большое значение имеют не сами температуры, а их колебания, диапазон которых достигает на земле 160˚С. Но в большинстве районов этот интервал не превышает 40-50˚С. Например, в Республике Коми колебания температуры воздуха весьма значительны: при минимальной –45˚С максимальная достигает +35˚С, составляя амплитуду температур до 80˚С.

При характеристике природных процессов, происходящих на поверхности Земли, обычно оперируют среднесуточными, среднемесячными и среднегодовыми температурами. Значительные различия в среднегодовых температурах связаны с положением района относительно экватора, что объясняется в значительной мере отражательной способностью поверхности Земли, т. е. горных пород, слагающих эту поверхность. Эта способность зависит от рельефа поверхности планеты, наличия или отсутствия снежного покрова, продолжительности существования этого покрова, степени запыленности атмосферы и некоторых других причин.

Вторым важнейшим фактором интенсивности геологических процессов является влажность – содержание водяных паров в атмосфере. Влажность тесно связана с температурой воздуха – повышение температуры воздуха приводит к уменьшению влажности, а понижение – к ее увеличению. При 100%- ной влажности происходит конденсация водяных паров и образование облач-

Цокольные террасы являются продуктом и эрозионной, и аккумулятивной деятельности реки. Сначала река вырабатывает себе русло в коренных породах, и они занимают нижнюю часть цокольной террасы; а затем она отлагает сверху собственные аллювиальные отложения, которые слагают верхнюю часть разреза цокольной террасы.

Геологическая деятельность рек приводит в результате дифференциации обломков по размерам и удельным весам минералов к образованию россыпных месторождений аллюви-

ального типа, так как само полезное ископаемое – минерал – накапливается в результате деятельности реки в аллювии. Принцип формирования аллювиальной россыпи и механизм её образования заключается в разрушении рекой исходной горной породы, содержащей в небольших количествах полезный минерал (золото, платину, алмазы, минералы титана и проч.), переносе более лёгких частиц (мелких и с малым удельным весом) и за счёт этого в относительном накопления более тяжёлых (по размерам и удельному весу) минералов до концентраций, представляющих практический (промышленный) интерес. Среди таких месторождений различают перемещённые – переотложенные или остаточные – оставшиеся, накопившиеся на месте разрушения исходной горной породы. В последнем случае россыпь называется элювиальной.

2.2.2 Океаны и моря

Океаны представляют собой непрерывную водную оболочку Земли, окружающую материки и острова. Моря являются частью Мирового океана, в разной степени отделёнными от открытого океана сушей или поднятиями дна. Вместе с морями океаны составляют 94% гидросферы и занимают около 71% земной поверхности.

Моря и океаны находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой и литосферой. Они являются аккумуляторами солнечного тепла и влаги на Земле,

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

базиса эрозии и возрастание скорости течения, а также повышение одного из участков речной долины или изменение климата с увеличением количества осадков и массы воды в реке.

Рис. 13. Сложные меандры и старицы в долине р. Печорской Пижмы (слева) и р. Сысолы (справа), 2006 г. (фото автора)

Каждое омоложение речной долины вызывает новый цикл эрозии с врезанием реки в ранее образованные пойменные отложения, не размытые участки которых образуют надпойменные террасы. Речные террасы являются фрагментарными образованиями, оставшимися от размыва древней поймы. В их теле различают площадку террасы, уступ, бровку и тыловой шов. Площадка террасы представляет собой выровненную поверхность, полого наклонённую к руслу реки. Уступ террасы – это поверхность склона, круто обрывающаяся к руслу. Бровка – линия, разделяющая площадку террасы от её уступа, а тыловой шов – линия, по которой соприкасаются площадка более низкой террасы с уступом более высокой (смежной) террасы.

Количество речных террас соответствует количеству полных циклов эрозии, пережитых речной долиной. При образовании новых молодых террас древние террасы оказываются расположенными выше молодых. Террасы в речных долинах нумеруют снизу вверх – от более молодых к более древним.

Различают три типа речных террас: аккумулятивные, эрозионные и цокольные. Аккумулятивные террасы (рис. 14) образуются в результате аккумулятивной накопительной работы реки, поэтому они сложены аллювиальными отложениями, что очень хорошо видно по уступу террасы. Террасы эрозионные образуются как результат эрозионной, т. е. разрушительной работы реки, поэтому такие террасы сложены «коренными» породами – другими словами, не аллювиальными, практически почти всегда докайнозойскими.

ности. При этом огромную роль играет атмосферная пыль, выступающая в этом случае в качестве ядер конденсации. Количество выпадающих осадков также очень неравномерно распределено в разных районах планеты в разное время. Оно зависит от географического положения района, особенностей рельефа (равнина или горная область), влажности воздуха, скорости, направления ветра и других причин.

Минимальное количество осадков выпадает на Земле в Чили – 0,8 мм/год, а максимальное – на Гавайских островах – 11684 мм/год. Количество осадков весьма неравномерно распределяется и в течение года. Так, в Западной Африке, например, они выпадают только в сезон дождей, когда дожди идут практически ежесуточно и полностью прекращаются в сухой сезон, продолжающийся в течение полугода. В полярных районах Северного полушария основная часть осадков выпадает в зимний сезон в виде снега. Характер осадков, частота их выпадения и количество являются чрезвычайно важными для таких экзогенных геологических процессов, как выветривание, образование и таяние ледников, образование и деятельность рек и т. д.

Третий важный фактор, определяющий характер экзогенных геологических процессов – это перемещение масс воздуха в связи с неравномерной плотностью атмосферы, находящейся в тесной зависимости от вращения Земли и неравномерности ее прогревания Солнцем, а также от рельефа поверхности Земли.

Таким образом, на интенсивность и направленность геологических экзогенных процессов прямое влияние оказывают температура и влажность воздуха, его перемещение над поверхностью Земли. Состояние этих трех факторов в определенной местности в данный момент и определяет погоду. Погода характеризуется большой изменчивостью в течение суток или даже дня или ночи: дождливая погода может быстро смениться солнечной. Изменение погоды во времени для определенных участков земной поверхности создает климат – закономерную последовательность метеорологических процессов, определяемую географическими условиями участка и выражающую многолетний режим погоды. Климат конкретного района является всегда постоянной характеристикой, являющейся выражением закономерности смены погодных условий. В связи с этим климат является одним их важнейших условий и факторов, которые обусловливают характер и основные закономерности направленности экзогенных геологических процессов. Различают четыре основных климатических пояса нашей планеты: арктический и антарктический, умеренный, тропический и экваториальный. Для каждого их этих поясов выделяют по четыре типа климата:

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

континентальный, океанический, западных побережий и восточных побережий. По соотношению температур воздуха, влажности атмосферы в тропическом и экваториальном поясах различают аридный – засушливый климат – и гумидный – влажный климат.

2.1.1 Выветривание

Выветривание представляет собой совокупность процессов изменения и разрушения минералов и горных пород на поверхности Земли под действием физических, химических и органических агентов. Результатом выветривания является кора выветривания – комплекс горных пород, возникших в верхней части литосферы в результате преобразования в континентальных условиях магматических, осадочных и метаморфических горных пород под влиянием атмосферных процессов.

Различают два основных типа выветривания: физическое (механическое)

ихимическое. Некоторые исследователи выделяют в качестве самостоятельного типа органическое выветривание. Мы рассматриваем его непременной составной частью физического и химического выветривания. Например, рост корней деревьев разрушает горные породы, в которых они произрастают, механически, раздвигая трещины в этих породах, поэтому в этом случае растения выступают в качестве действующей силы механического (физического) разрушения. В другом случае, когда те же растения вместе с соками втягивают через корневую систему некоторые химические элементы в зоне выветривания, они способствуют химическому разрушению горных пород и являются действующей силой химического разрушения этих пород. И в том, и в другом случае разрушение пород растениями является только частью общего разрушительного процесса при выветривании, а самостоятельная их роль не так существенна.

Физическое выветривание – это разрушение горных пород, вызванное колебаниями температур и связанными с ними процессами. Горные породы сложены из минералов, имеющих разную окраску, в связи с чем каждый минерал подвергаются воздействию солнечной энергии по-своему. Более темноцветные минералы (роговые обманки, биотит, пироксены и др.) нагреваются значительно сильнее, а более светлые (кварц, полевые шпаты и др.) – слабее. Соответственно они при нагревании по-разному расширяются, а при остывании по-разному же сжимаются в объеме. Многократные периодические расширения

исжатия приводят сначала к образованию микротрещин на границе минералов, по трещинам спайности и другим направлениям, а позже порода полностью превращается в обломки разных размеров (рис. 8).

Отложения, образованные в результате деятельности реки, называются

аллювиальными или аллювием (рис. 12).

Накапливаются они в речных долинах. Отложение материала происходит одновременно с разрушением и переносом, но на разных стадиях развития речной долины преобладает один из видов геологической работы реки.

В развитии речной долины выделяют три стадии, для каждой из которых характерны определённые особенности. Эти стадии называются юностью, зрелостью и старостью.

Встадию юности профиль реки ещё не выработан, и русло только закладывается. Река течёт по неровностям рельефа, уклон реки обычно крутой, а скорость течения очень большая. В эту стадию очень интенсивна глубинная эрозия при слабой или полностью отсутствующей боковой. Образуется V-образная долина прямолинейного направления. Такой период переживают горные реки. Главная сила реки направлена на разрушение дна и перенос продуктов разрушения, аккумуляция практически отсутствует.

По мере выработки профиля равновесия река переходит в стадию зрелости. Наступает она при приближении рельефа дна к продольному профилю равновесия. Углубление дна происходит только в верхнем течении, а в среднем и нижнем работает боковая эрозия, вследствие чего долина реки расширяется с подмывом береговых участков и приобретает U-образную форму. На отдельных участках, кроме верховьев, начинают образовываться излучины – сказывается вращение Земли вокруг своей оси. Такие излучины реки называются меандрами. Скорость течения в нижней части речной долины заметно уменьшается.

Встадии старости в среднем и нижнем течении реки усиливаются процессы боковой эрозии, приводящие к отложению осадков механическим способом, усложняются и увеличиваются многочисленные меандры вплоть до образования стариц (рис. 13). В это время образуется пойма реки – зона, заливаемая

впаводок и возвышающаяся над руслом в меженный период.

Три названные стадии образуют полный цикл речной эрозии, который может повторяться и сменяться новым эрозионным циклом, начиная со стадии юности. Причинами наступления нового цикла эрозии может быть понижение

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

обломочной горной породы: в какой среде, на какие расстояния происходил перенос обломочного материала, послужившего исходным для образования этой горной породы.

По степени окатанности среди обломочных пород выделяют сложенные окатанными, полуокатанными и неокатанными (остроугольными) обломками.

Кроме окатывания при транспортировке обломочного материала происходит ещё один важный вид геологической деятельности реки: распределение обломков по размерам и удельному весу минералов на всём протяжении русла.

Такая работа также зависит от скорости течения реки. Чем больше скорость реки, тем крупнее она может переносить обломки и тем дальше от места их образования. Если бы течение реки было постоянным, то из одного источника разрушения она все обломки «разложила» бы строго по размерам: крупные переместила бы на самые короткие расстояния, средние – на значительно большие, а самые мелкие – на самые дальние расстояния вплоть до самого устья. Но так как река производит разрушительную работу на всём протяжении русла, а скорость течения часто изменяется, эта закономерность нарушается и усложняется, в результате чего речные отложения представляют собой обломки, перемешанные по размерам и по форме. Однако в целом для них характерно общее распределение по размерам и удельному весу минералов, поэтому характерным для речных отложений является окатанность обломков в слагаемых ими породах и сортировка обломочного материала. Распределение же разных по размерам обломков приводит к образованию слоистости, т. е. обособлению во времени и пространстве отложений определённого гранулометрического состава.

Совокупность процессов разрушения горных пород и переноса продуктов разрушения, осуществляемая внешними – экзогенными геологическим процессами, называется денудацией.

Аккумулятивная работа рек. Перенос материала в растворённом или механическом виде завершается встречей на пути перемещения этого материала непреодолимого препятствия и осаждением его. Материал, образуемый в результате геологической работы реки, называется осадком, поэтому горные породы, образованные в результате осаждения, называются осадочными. При этом сам осадок бывает разным по происхождению и составу. Большая часть его представлена обломками разной формы и разного состава, из которых впоследствии сформируется обломочная горная порода. Другая часть осадка формируется из раствора при определённых геохимических условиях с образованием нерастворимого осадка. Из него сформируются осадочные хемогенные горные породы.

Как видно из этого примера, разрушение при физическом выветривании происходит механическим способом. Физическое выветривание также может происходить при замерзании воды в трещинах, повторяемом неоднократно. Механическим способом разрушаются горные породы под воздействием растений и животных. О растениях и их роли в механическом выветривании было сказано выше. Животные механически разрушают или

разрыхляют горные породы, принимая посильное участие в этом виде выветривания, примером могут служить роющие организмы (кроты, черви и др.), проделывающиеходывгорныхпородах.

Химическое выветривание представляет собой химическое разложение минералов и горных пород под воздействием температуры воздуха, растворов, атмосферных осадков, которые вступают в химическое взаимодействие с этими минералами и горными породами.

Главными агентами химического выветривания являются кислород, водород, вода, углекислота, органическиеидругиехимическиактивныевещества.

Процесс химического выветривания реализуется при благоприятных климатических, геоморфологических, тектонических и литологических условиях, о которых речь пойдет ниже.

Климатические условия обеспечивают температуру атмосферы и режим атмосферных осадков, необходимые для интенсивного химического изменения горных пород, что соответственно характеризует тот или иной тип климата: аридный или гумидный. Экспериментальными работами и расчетным путём установлено, что наиболее благоприятны для химического выветривания среднегодовые температуры в пределах +20 +25˚С без резких колебаний. Такой режим температур обеспечивает интенсивность и непрерывность химических процессов. Поэтому более благоприятны для глубокого химического выветривания районы тропической зоны Земли, в то время как физическое выветривание интенсивнее происходит в условияхконтинентальногоклимата срезкимиколебаниями температур.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Среди ученых, изучающих химические коры выветривания, нет пока единого мнения о типе тропического климата, благоприятного для глубокого химического преобразования горных пород до латеритной стадии. Одна группа ученых считает, что для латеритного процесса необходим постоянно влажный климат, так как поступающие осадки являются и источником химически активного раствора, и фактором удаления из профиля выветривания растворенных химических элементов. Именно постоянный приток осадков в виде дождя способствует и созданию хорошей дренажной системы. Другая группа доказывает необходимость для полного химического выветривания переменно влажного климата с чередованием дождливых и сухих (без осадков) сезонов, что в настоящее время наблюдается в Западной Африке. В случае недостаточного обеспечения дренажа в профиле химического выветривания могут создаваться застойные явления, и процесс выветривания прекращается.

Геоморфологические условия обеспечивают также два направления в процессе химического выветривания: временное и дренажное. Для интенсивного химического выветривания необходимо продолжительное воздействие на горные породы атмосферных факторов, а это возможно только при относительно ровном рельефе. При неровной поверхности рельефа разрушающиеся горные породы постоянно удаляются в пониженные участки местности и не испытывают глубокого химического преобразования. В таком случае выветриванию будут подвергаться всё новые и новые горные породы, степень изменения которых остаётся весьма низкой. В то же время на выровненной поверхности породы получают возможность длительное время подвергаться воздействию этих процессов и достигают глубокого химического преобразования.

Дренажное направление обеспечивает возможность фильтрации через профиль выветривания больших объемов химических растворов, которые, просачиваясь сквозь толщу горных пород, растворяют их и удаляют из профиля растворённые химические элементы: щелочные металлы, щелочные земли и другие в порядке их химической активности и подвижности. Опытным путём установлено, что наиболее активные процессы химического выветривания проходят в условиях достаточно расчленённого рельефа с наличием выровненных поверхностей и перепадом высот в 100-150 м между поверхностями выветривания и уровнем грунтовых вод. Такой перепад обеспечивает условия дренажа и глубинумаксимальнойхимическойпереработкитолщигорныхпородвэтомпрофиле.

Тектонические условия призваны обеспечить стабильное положение поверхностей выветривания и благоприятные геоморфологические условия, о которых сказано выше. Поверхность выветривания должна находиться в относи-

Транспортировочная работа при геологической деятельности реки приводит к формированию основных признаков будущих осадочных горных пород, имеющих большое значение для определения условий их образования. Осуществляется транспортировка материала механическим и химическим способами.

При химическом способе транспортировки растворённые химические элементы переносятся речными водами до тех пор, пока на пути их перемещения не возникнут препятствия в виде геохимического барьера, заставляющего эти химические элементы выпадать из раствора в виде нерастворимого осадка. Кроме солей, гипсов, ангидритов и карбонатных пород речными водами в растворённом состоянии могут переноситься соединения железа, фосфора, марганца и других химических элементов. Около берегов рек можно наблюдать бурые плёнки и сгустки, представляющие собой гелеморфные или коллоидные растворы окислов железа, которые хорошо выделяются благодаря своей жёлтобурой или ржаво-бурой окраске. Такие явления можно наблюдать по берегам многих рек, в том числе и по берегам рек Республики Коми, например, по р. Ижме близ г. Сосногорска.

Большая часть материала переносится реками механическим способом в виде обломков разных размеров и формы. Механическая транспортировка осуществляется во взвешенном состоянии (очень мелкие обломки) и волоком (крупные обломки). Обломки, переносимые во взвешенном состоянии, в процессе переноса не изменяют своей формы и размеров, так как во время транспортировки они не соприкасаются ни друг с другом, ни со дном и берегами реки. Расстояние переноса составляет сотни и тысячи километров.

При переносе обломков волоком происходит очень интересная и важная геологическая работа, заключающаяся в окатывании обломков, т. е. сглаживании острых краев (рёбер) и придании им более округлой или полностью округлой формы. Эта работа происходит в результате взаимодействия переносимых обломков друг с другом, породами дна и берегов реки. В итоге – острые края сглаживаются, и обломки приобретают окатанную форму, иногда шарообразную или овальную с ровной отшлифованной поверхностью и следами полировки. Форма обломков зависит от состава и строения горной породы: однородные массивные породы при разрушении дают изометрические обломки, которые при сглаживании краёв превращаются в шарообразные; полосчатые, сланцеватые породы дают при разрушении удлинённые пластинчатые обломки, которые при окатывании превращаются в уплощенные или овально-удлинённые. Степень окатанности обломков позволяет восстанавливать условия образования

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

но ещё и масса переносимого материала, а дно подвергается истиранию передвигаемыми рекой остроугольными обломками. Чем больше скорость реки и масса текучей воды, тем крупнее обломки может переносить река и тем выше интенсивность её эрозионной деятельности.

Рис. 11. Речная эрозия в р. Тене в протерозойских породах. Западная Африка, Гвинея, 1985 г. (фото автора)

Естественный предел углубления реки называется базисом эрозии: ниже базиса эрозии русло углубиться не может, поэтому оно постоянно стремится достичь его и производит разрушительную работу. Кривая изменения высотных отметок дна реки на всём протяжении русла называется продольным профилем, форма которого определяется рельефом земной поверхности, числом и характером притоков, геологическим строением русла и другими причинами. Продольный профиль реки постоянно углубляется. Когда донная эрозия прекращается, энергия реки не в состоянии разрушать горные породы и углублять русло. При однородном составе горных пород, слагающих русло, продольный профиль равновесия плавный, при неоднородном составе и разной их прочности образуются пороги и водопады на некоторых отрезках русла.

Кроме механического разрушения горных пород реки производят значительную разрушительную работу химическим способом, заключающимся в химическом действии воды и содержащихся в ней в растворённом состоянии химических элементов на породы. Если русло сложено легко растворимыми солями, гипсами, ангидритами, карбонатными породами, химическое разрушение может даже преобладать над механическим и играть основную роль.

тельном тектоническом покое или испытывать медленное поднятие, при котором улучшаются дренажные условия за счет большей расчлененности рельефа. В тектонически подвижном районе не может быть реализована достаточная продолжительность химического воздействия на выветриваемые горные породы, так как поверхность выветривания превратится либо в сильно расчленённую местность (в условиях интенсивного поднятия), либо (в условиях погружения) опустится слишком близко или даже ниже уровня грунтовых вод. В таких условиях процесс выветривания прекращается.

Литологические условия или условия благоприятного субстрата обеспечиваются соответствующим составом горных пород. Так, бескварцевые алюмосиликатные породы подвергаются химическому разложению легче и быстрее, чем кварцевые, алюмосиликатные минералы (полевые шпаты, слюды и др.) превращаются в железистые и алюминиевые породы или руды (бокситы, железняки), каолинитовые глины; никельсодержащие могут стать исходным материалом для образования никелевых руд и т. д.

В процессе химического выветривания минералы и горные породы претерпевают глубокое преобразование, которое происходит в результате химического взаимодействия твёрдого вещества с корообразующими растворами. При этом можно рассматривать следующие типы химических реакций: окисления, гидратации, растворения и гидролиза.

Реакции окисления приводят к образованию в профиле выветривания окислов (оксидов). Например, при окислении в зоне выветривания пирита – сульфида железа – образуется водная окисная форма этого металла – лимонит.

Гидратация – это процесс связывания частиц растворимого в воде вещества с водой. Присоединение молекул воды изменяет минеральный состав породы в связи с образованием новых минералов, содержащих гидратную и кристаллизационную воду. В результате гидратации ангидрит превращается в гипс. Обратная реакция – дегидратация – заключается в освобождении минерала от воды, т. е. в ее потере. Следствием дегидратации также является изменение минерального состава вещества: в случае с гипсом мы наблюдаем превращение этоговодногосульфатавбезводныйсульфат– ангидритврезультатедегидратации.

Реакции растворения приводят к образованию специфических карстовых форм: полостей, трещин, пещер, проваловидр. Врезультате растворенияминералы переходят в раствор и в растворенном виде выносятся из зоны выветривания, за пределы профиля выветривания. К наиболее растворимым минералам относятся: галит, сильвин, карналлит, гипс, ангидрит, карбонатные минералы, поэтому они растворяютсявпервуюочередьиудаляютсязапределыпрофилявыветривания.