Факторы рельефообразования

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Факторы рельефообразования

Исходным положением современной геоморфологии является представление о том, что рельеф формируется в результате эндогенных и экзогенных процессов. Кроме того, существует ряд факторов, которые непосредственно не участвуют в формировании рельефа, но влияют на его образование, определяя «набор» рельефообразующих процессов, степень интенсивности и их географическое распространение.

К числу таких факторов относятся: горный порода химический

1. Вещественный состав пород, слагающих земную кору;

2. Геологические структуры, созданные тектоническими движениями в прежние геологические эпохи;

3. Климатические условия.

1.1 Свойства горных пород и их роль в процессе рельефообразования

Известно, что земная кора сложена горными породами разного генезиса и разнообразного химического и минералогического состава. Эти различия находят отражение в свойствах пород, т.е. в их устойчивости по отношению к воздействию внешних сил.

Различают породы:

1) Более стойкие и менее стойкие по отношению к процессам выветривания;

2) Более податливые и менее податливые - к воздействию на них текучих вод, ветра и других экзогенных сил.

Различные генетические группы горных пород по-разному реагируют на воздействие внешних сил.

Так, осадочные горные породы являются довольно стойкими по отношению к выветриванию, но многие из них весьма податливы к разрушительной работе текучих вод и ветра (лесс, пески, суглинки, мергели, галечники и т.д.), а магматические и метаморфические породы оказываются слабо податливыми по отношению к размыву текучими водами, но сравнительно легко разрушаются под воздействием процессов выветривания. Объясняется это тем, что магматические и метаморфические породы образовались в глубине Земли, в определенной термодинамической обстановке и при определенном соотношении химических элементов. Оказавшись на поверхности Земли, они попадают в новые условия, становятся неустойчивыми и под воздействием различных процессов (окисления, растворения, гидролиза и др.) начинают разрушаться.

Интенсивность разрушения определяется как физико-химическими свойствами пород, так и конкретными физико-географическими условиями, поскольку в разных природных зонах характер процессов выветривания и сноса продуктов выветривания имеет свои специфические особенности.

Горные породы различны по ряду физических и химических свойств, таких как:

1. однородность и неоднородность их сложения;

2. теплоемкость и теплопроводность;

3. проницаемость;

4. трещиноватость и сланцеватость;

5. растворимость и просадочность;

6. химическая устойчивость.

(Эти факторы представляют значительное разнообразие. Их комбинации и удельное значение в общем ходе процессов выветривания находятся в зависимости от особенностей физико-географической среды и в первую очередь от климата.)

Таким образом, свойства горных пород находят свое выражение в рельефе. Большое влияние на ход физического выветривания имеет однородное и неоднородное сложение пород. Породы однородного сложения являются при прочих равных условиях более устойчивыми, чем породы неоднородные.

Примеры:

- из числа кристаллических пород более стойки по отношению, например, к физическому выветриванию породы мономинеральные, мелко- и равномернозернистые, светлоокрашенные с массивной текстурой.

Так, гранит - порода полиминеральная (кварц, полевой шпат, слюды, биотит, иногда роговая обманка) разрушается быстрее, чем кварцит - порода мономинеральная; крупно и неравномернозернистые граниты с более темной окраской в сходных условиях менее устойчивы, чем светлоокрашенные мелко- и равномерно-зернистые граниты.

- гнейс - порода, сходная по структуре и минералогическому составу с гранитом, но имеющая иную текстуру (параллельно-сланцеватую или тонкополосчатую) подвержен более быстрому разрушительному воздействию выветривания, чем гранит, характеризующийся массивной текстурой.

- Далее теплоемкость, а также характер поверхности (гладкая или шероховатая), окраска породы могут иметь значение, определяя собой величину поглощения и излучения тепла.

- Интенсивность физического выветривания определяется резкими и значительными колебаниями температуры, которые вызывают внутренние напряжения как результат неодинакового изменения объема в смежных частях массы породы. Ясно, что здесь имеет значение теплопроводность пород.

- Большое морфологическое значение имеет степень проницаемости горных пород.

В легко проницаемых породах все поверхностные воды могут быстро и нацело поглощаться, уходя вглубь, так что поверхностный сток, а вместе с тем и размыв, будут совершенно отсутствовать.

Наоборот, в водоупорных или плотных породах большая часть атмосферных осадков стекает поверхностно, образуя в зависимости от их количества более или менее густую сеть водотоков. В результате в таких породах имеет место чрезвычайно интенсивное эрозионное расчленение.

Проницаемость пород может быть обусловлена либо рыхлым, пористым или губчатым сложением (пески, песчаники, вулканические туфы, многие пористые лавы, известняки-ракушечники, известковые туфы), либо тем, что порода, сама по себе плотная, разбита множеством трещин, по которым вода и может проникать внутрь. Таковы образующие вулканические покровы базальты и андезиты, а также многие плотные известняки и доломиты.

- Трещиноватость. Всякая горная порода всегда пронизана в той или иной степени системой трещин. Они могут быть явными, легко различимыми глазом, или же скрытыми, обнаруживающимися лишь при выветривании (фото 1).

Фото 1. Выраженная трещиноватость скал. Алтай. Усть-Коксинский район

Трещиноватость карбонатных пород объясняется тем, что они отличаются малой пластичностью, жесткие и хрупкие, потому они и подвергаются сильному раздроблению при тектонических процессах.

Кроме того, трещины в них имеют склонность постепенно расширяться благодаря растворяющему действию на их стенки циркулирующей воды. Трещины являются теми путями, которыми выветривание может проникать в глубь породы. Благодаря этому в поверхностных массах горных пород трещины расширены и обусловливают распадение породы на отчетливо обособленные глыбы разной величины и формы, называемые отдельностью.

Форма отдельности часто является характерной для определенной породы:

А) столбчатая отдельность - у базальтов и андезитов;

Б) шаровая или сфероидальная отдельность - свойственна диоритам, базальтам и другим породам.

Порода распадается на шары, диаметр которых может изменяться от нескольких см до нескольких метров. Часто шары обнаруживают, особенно при выветривании концентрически-скорлуповатую структуру. По-видимому, шаровая отдельность получается при быстром отвердевании лавы, излившейся в водный бассейн.

Кроме этого бывает параллелепипедная, румбоидальная или кубическая отдельность, или же порода распадается на неправильно-многогранные глыбы - полиэдрическая отдельность.

В) Для гранитов наиболее характерной формой отдельности является плитчатая или матрасовидная. Гранитные скалы являются как бы сложенными из толстых плит или тюфяков с округленными краями, нагроможденных горизонтально или слегка наклонно один на другой. Матрасовидные отдельности гранитов встречаются на Урале, в Центральном Казахстане, на Алтае (например, в окрестностях Колыванского озера, Мохового озера) (фото 2).

Фото 2. Скала Очаровательная в окрестностях с.Колывань

Нередко граниты распадаются при выветривании также на неправильноокругленные глыбы (фото 3). Такие хаотически нагроможденные глыбы покрывают значительные пространства, образуя «каменные моря».

Фото 3. Скалы в окрестностях Мохового озера (с. Колывань, Курьинского района Алтайского края)

Скалы, сложенные «каменными матрасами», привлекают большое количество туристов. Таким рекреационным объектом являются скалы в окрестностях г. Белокуриха (фото 4).

Под сланцеватостью подразумевают способность породы делиться параллельными плоскостями на очень тонкие плитки или очень тонкие пластинки. Одни породы (гнейсы, кристаллические сланцы, граниты, некоторые известняки) распадаются первоначально на очень крупные глыбы, образующие на склонах довольно крутые, но, тем не мене, устойчивые осыпи и россыпи.

Другие породы, например, многие мергели и особенно тонкосланцеватые глинистые породы, сразу распадаются на маленькие и тонкие плиточки и листочки, легко скользящие относительно друг друга. Образованные таким материалом осыпи отличаются большой неустойчивостью. Они часто начинают ползти вниз не только под ногой человека или животного, но даже просто от удара ветра, от звука выстрела и т.п.

Это постоянное удаление коры выветривания с мест ее образования вскрывающее для выветривания все новые и новые толщи коренных пород, обуславливает чрезвычайно быстрое разрушение глинисто-сланцевых гор. Этим объясняется плохая сохранность следов четвертичного оледенения в восточной части Большого Кавказа, сложенной из глинистых сланцев, тогда как в западной половине, образованной гранитами и гнейсами они сохранились в рельефе очень хорошо.

Успокоившиеся глинисто-сланцевые осыпи, благодаря большой поверхности соприкосновения тонких пластинок породы с воздухом и атмосферными водами, быстро подвергаются также химическому выветриванию, переходят в землистую массу и одеваются почвенным и растительным покровом.

Фото 4. Скалы в окрестностях Белокурихи. Алтай (фото С. Лазаренко)

Большое морфологическое значение имеет такое свойство горных пород, как растворимость. К числу легко- и относительно легкорастворимых пород в чистой воде или в воде, содержащей углекислоту, относятся: каменная соль, гипс, известняк, доломиты. В местах широкого развития этих пород формируются особые морфологические комплексы, обусловленные так называемыми карстовыми процессами.

Особенности карстового рельефа заключаются, с одной стороны, в развитии на поверхности путем растворения множества замкнутых впадин разных размеров, а с другой стороны, что большие трещины становятся способными поглощать нацело не только воду атмосферных осадков, но и воды значительных рек, вступающих в карстовую область из соседних некарстовых областей.

Просадочностью называют способность некоторых макропористых грунтов - лессов и лессовидных суглинков при местном замокании, уменьшаться в объеме и давать на поверхности просадку. Это характерно, например, для процесса суффозии. В результате просадки могут возникать или замкнутые понижения (степные блюдца), или микротерассовые ступени (например, по берегам оросительных каналов).

Химический состав и химическая устойчивость. Разные горные породы подвергаются химическому изменению под воздействием составных частей воздуха, воды и растворенных в ней веществ в очень различной степени в зависимости от их химической устойчивости в условиях земной поверхности. Примером породы, очень устойчивой не только против физического, но и химического выветривания, является кварцит.

Существует целый ряд других свойств, определяющих морфологическое значение пород и степень их устойчивости к воздействию внешних сил. В конечном счете совокупность физических и химических свойств горных пород приводит к тому, что породы более стойкие, образуют, как правило, положительные формы рельефа, менее стойкие - отрицательные.

Следует еще раз подчеркнуть, что относительная стойкость породы зависит не только от ее свойств, обусловленных химическим и минералогическим составом. В значительной мере она определяется условиями окружающей среды.

1.2 Рельеф и геологические структуры

Горные породы с характерными для них свойствами находятся в земной коре в самых разнообразных условиях залегания и в различных соотношениях друг с другом. Это определяет геологическую структуру того или иного участка литосферы. Благодаря избирательной (селективной) денудации, обусловленной свойствами горных пород, под воздействием экзогенных процессов происходит препарировка геологических структур. В результате могут возникать формы рельефа, облик которых в значительной мере предопределен геологическими структурами, поэтому такие формы рельефа называют структурными.

Рассмотрим некоторые типы геологических структур с точки зрения их влияния на облик структурно-денудационного рельефа.

Широко распространена горизонтальная структура, которая свойственна верхнему этажу платформ (платформенному чехлу), сложенному осадочными, реже магматическими породами. Горизонтальным структурам в рельефе соответствуют: пластовые равнины и низменности (например, Прикаспийская), структурные плато и плоскогорья (плато Устюрт, Среднесибирское плоскогорье).

Часто встречаются горизонтальные структуры с мощным верхним пластом, сохраняющим равнинность рельефа водораздельной поверхности. Такие участки рельефа называют столовыми странами. Рельеф столовых стран и плато характеризуется плоскими или слабо волнистыми междуречьями, которые резко переходят в крутые склоны речных долин и других эрозионных форм рельефа. В условиях тектонического покоя и длительного воздействия эрозионно-денудационных процессов рельеф структурных плато и столовых стран может превратиться в рельеф островных столово-останцовых возвышенностей, в котором отрицательные формы рельефа занимают большие площади, чем положительные. Рельеф столово-останцовых возвышенностей широко развит в Африке и на периферии плато Устюрт (рис. 5).

Рис.5. Столовые горы у Аккупа. Берег Кара-Богаз-Гола (по Андрусову)

В случае чередования по вертикали стойких и податливых пород, залегающих горизонтально, возникает ступенчатый рельеф. На склонах эрозионных форм при этих условиях образуются так называемые структурные террасы.

При моноклинальной структуре пласты осадочных пород имеют однообразное падение в одну сторону. Здесь также стойкие пласты могут чередоваться с более податливыми, обнажаясь на поверхности в виде полос, вытянутых по простиранию. Под воздействием эрозии и денудации на таких поверхностях вырабатывается своеобразный структурно-денудационный тип рельефа - куэстовый тип. Куэста - грядообразная возвышенность с асимметричными склонами: пологим, совпадающим с углом падения стойкого пласта (структурный склон) и крутым (аструктурный склон).

Размеры куэстовых гряд могут сильно варьировать в зависимости от абсолютной высоты местности и глубины эрозионного расчленения, мощности стойких и податливых пластов и углов их падения. В одних случаях это высокие горные хребты (Скалистый хребет северного склона Большого Кавказа), в других - небольшие гряды с относительными превышениями, исчисляющимися первыми десятками метров. Куэсты на полуострове Мангышлак возвышаются всего на 10-20 метров. Куэсты встречаются в Крыму, на Кавказе, в Средней Азии и во многих других местах.

Рис.6. Блок-диаграмма моноклинально-грядового (куэстового) рельефа (по Леонтьеву, Рычагову): 1. податливые породы; 2- стойкие породы, К, С - различные типы речных долин

В образовании куэст имеет значение не только размыв мягких пластов реками, но и образование делювия, оползни, обвалы и пр. Если бы реки не выносили продукты разрушения, куэсты не были бы выражены в рельефе.

Вертикальная структура характеризуется залеганием пластов, близким к вертикальному - они «поставлены на голову». Такой тип структуры создает в рельефе чрезвычайно резкие колебания высот большой амплитуды.

Для складчатой структуры характерно многократное падение пластов пород то в одну, то в другую сторону, происходящее на сравнительно коротких расстояниях. В зависимости от формы складок в профиле и в плане и от их размеров зависит та или иная форма рельефа. Такая структура свойственна горным странам, остаточным горам и предельным денудационным равнинам (пенепленам). Характер рельефа складчатых областей во многом определяется также составом пород, смятых в складки, глубиной расчленения и длительностью воздействия экзогенных сил.

Фото 7. Пример вертикальной структуры в горах Алтая

При этом могут возникать самые разнообразные отношения между формами рельефа и складчатыми структурами, на которых эти формы образуются:

А) в одних случаях наблюдается соответствие между типом геологической структуры и формой рельефа, т.е. антиклиналям (положительным геологическим структурам) соответствуют возвышенности или хребты, а синклиналям (отрицательным геологическим структурам) - понижения в рельефе. Такой рельеф получил название прямого.

Б) часто в складчатых областях развит так называемый обращенный, или инверсионный рельеф, характеризующийся обратным соотношением между топографической поверхностью и геологической структурой. Таким образом, на месте положительных геологических структур образуются отрицательные формы рельефа, и наоборот. Объясняется это тем, что ядра антиклиналей начинают разрушаться под действием процессов денудации раньше, чем осевые части синклиналей. Кроме того, вследствие повышенной раздробленности пород, возникающих в ядрах антиклиналей при изгибе пластов, разрушение их под действием внешних сил происходит интенсивнее.

Описанные структуры могут быть осложнены разломами, по которым блоки земной коры смещаются относительно друг друга в вертикальном (сброс) или горизонтальном направлениях (сдвиг), оказывая влияние на формирование и облик возникающего при этом рельефа. Сбросы могут быть единичными или же наблюдаются системы сбросов. В таких случаях можно говорить об областях глыбовой структуры (рис.8).

Рис.8. Схема строения ступенчатого сброса. Рейнский грабен (по И.С.Щукину)

Возможно образование ступенчатых сбросов, т.е. смещение глыб относительно одна другой в определенном направлении. В других случаях опустившиеся глыбы чередуются с приподнятыми, образуя грабены и горсты (рис. 9).

Рис. 9. А - горст; Б - грабен

Примерами глыбовой структуры такого типа могут служить Забайкалье, Джунгария, Большой Бассейн Северной Америки. Значение сбросов заключается также в том, что по линиям разломов часто наблюдаются выходы изверженных пород, горячих и минеральных источников, несущих глубинные воды. Иногда вдоль таких линий располагаются цепочки вулканов. Линии разломов оказывают часто направляющее влияние на заложение водотоков и способствуют выработке вдоль них эрозионных долин, что можно наблюдать, например, на Скандинавском и Кольском полуостровах. Системы разломов земной коры могут определять своим простиранием очертания береговых линий.

Структуры земной коры становятся еще более сложными под воздействием эффузивного и интрузивного магматизма. В тех случаях, когда лава изливается непосредственно на земную поверхность и от своего химического состава может образовать поток, покров или купол.

Понимание взаимосвязей, существующих между рельефом и геологическими структурами, имеет большое научное и практическое значение. Зная, какое влияние оказывают на облик рельефа те или иные геологические структуры в сочетании с тектоническими движениями, можно воспользоваться методом от противного: по характеру рельефа судить о геологических структурах, направлении и интенсивности тектонических движений отдельных участков земной коры.

Выявление глубинного строения земной коры геоморфологическими методами в последнее время получило широкое развитие в практике геолого-съемочных и геолого-поисковых работ. Особенно перспективными геоморфологические методы оказались при поисках нефтегазоносных структур. Поэтому не случайно возникло новое научное направление в геоморфологии - структурная геоморфология.

Понимание взаимосвязей между геологическими структурами и рельефом позволяет не только объяснить особенности морфологии современного рельефа тех или иных участков земной поверхности, но и определить дальнейшее направление его развития, т.е. дает возможность для геоморфологического прогноза.

1.3 Рельеф и климат

Климат - один из важнейших факторов рельефообразования. Взаимоотношения между климатом и рельефом разнообразны:

1. Климат определяет характер и интенсивность процессов выветривания;

2. Определяет характер денудации, так как от него зависит «набор» и степень интенсивности действующих экзогенных сил.

В разных климатических условиях не остается постоянным такое свойство горных пород, как их устойчивость по отношению к воздействию внешних сил. Поэтому в разных климатических зонах возникают разные, часто весьма специфичные формы рельефа.

Климат влияет на процессы рельефообразования как непосредственно, так и опосредованно, через другие компоненты природной среды: гидросферу, почвенно-растительный покров. Прямые и опосредованные связи между климатом и рельефом являются причиной подчинения экзогенного рельефа в определенной степени климатической зональности. Этим он отличается от эндогенного рельефа, формирование которого не подчиняется зональности. Поэтому рельеф эндогенного происхождения называют азональным.

В начале 20 века немецкий ученый А.Пенк предпринял попытку классифицировать климат по их рельефообразующей роли. Он выделил 3 основных типа климатов:

1. нивальный (лат. Niyalis - снежный);

2. гумидный (лат. Humidis - влажный);

3. аридный (лат. Aridus - сухой).

Впоследствие эта классификация была дополнена и детализирована.

Далее рассмотрим классификацию климатов по их роли в рельефообразовании.

1. Нивальный климат. Во все сезоны года характерны осадки в твердом виде и в количестве большем, чем их может испариться в течение короткого и холодного лета. Накопление снега приводит к образованию снежников и ледников. Таким образом, основными рельефообразующими факторами в условиях нивального климата является снег и лед в виде движущихся ледников. В местах, не покрытых снегом и льдом, интенсивно развиваются процессы физического (главным образом, морозного) выветривания. Существенное влияние на рельефообразование оказывает вечная (многолетняя) мерзлота.

Нивальный климат свойственен полярным областям: Антарктида, Гренландия, острова Северного Ледовитого океана и вершинные части гор, поднимающиеся выше снеговой границы.

2. Климат субарктического пояса и резко континентальных областей умеренного пояса. Субарктический климат формируется на северных окраинах Евразии и Северной Америки. Он характеризуется продолжительными и суровыми зимами, холодным летом, небольшим количеством осадков (меньше 300 мм). Климатические условия описанных областей благоприятствуют физическому (морозному) выветриванию и возникновению и сохранению образовавшихся здесь ранее (при еще более суровых климатических условиях) многолетнемерзлых пород (вечной мерзлоты), наличие которых обусловливает ряд специфических процессов, создающих своеобразные формы мезо- и микрорельефа.

3. Гумидный климат. В областях с гумидным климатом количество выпадающих в течение года осадков больше, чем их может испариться и просочиться в почву. Избыток атмосферной влаги стекает или в виде мелких струек по всей поверхности склонов, вызывая плоскостную денудацию, или в виде постоянных или временных линейных водотоков (ручьев, рек), в результате деятельности которых образуются разнообразные формы эрозионного рельефа - овраги, балки, долины рек. Эрозионные формы являются доминирующими в условиях гумидного климата. В областях с гумидным климатом интенсивно протекают процессы химического выветривания. При наличии растворимых горных пород интенсивно развиваются карстовые процессы. На земном шаре выделяются 3 зоны гумидного климата: две из них располагаются в умеренных широтах северного и южного полушарий, третья тяготеет к экваториальному поясу. К этому же типу климата (по характеру его рельефообразующей роли) следует отнести муссонные области субтропиков и умеренных широт (восточные и юго-восточные окраины Евразии и Северной Америки).

4. Аридный климат. Характеризуется малым количеством осадков, большой сухостью воздуха и высокой испаряемостью, превышающей во много раз годовую сумму осадков, малой облачностью. Растительный покров в этих условиях оказывается сильно разреженным или отсутствует совсем, интенсивно идет физическое, преимущественно температурное выветривание. Эрозионная деятельность в аридном климате ослаблена, и главным рельефообразующим агентом становится ветер. Сухость продуктов выветривания способствует их быстрому удалению не только с открытых поверхностей, но и из трещин горных пород.

Аридный климат с сопутствующими ему процессами рельефообразования развит вдоль западного побережья Африки и Южной Америки - в несвойственных для него широтах, что обусловлено проходящими здесь вдольбереговыми холодными морскими течениями (пустыни Намиб и Атакама).

5. На стыке двух типов климата образуются формы рельефа, характерные для обоих типов и приобретающие к тому же ряд специфических особенностей. Такие переходные зоны выделяют в особые морфологические подтипы климатов.

6. Изучение пространственного размещения генетических типов рельефа экзогенного происхождения и сопоставление их с современными климатическими условиями соответствующих регионов показывает, что охарактеризованная выше взаимосвязь между климатом и рельефом в ряде мест нарушается. Так, в северной половине Европы широко распространены формы рельефа, созданные деятельностью ледника, хотя в настоящее время никаких ледников здесь нет, и располагается этот регион в зоне гумидного климата умеренных широт. Объясняется это тем, что в недавнем прошлом (в эпохи оледенений) значительная часть севера Европы была покрыта льдом и, следовательно, располагалась в зоне нивального климата. Здесь и сформировался сохранившийся до наших дней, но оказавшийся в несвойственных ему климатических условиях рельеф ледникового происхождения. Такой рельеф получил название реликтового (от лат. Relictus - оставленный).

Размещено на Allbest.ru