ЛЕКЦИЯ 4. ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И РЕЛЬЕФ. РЕЛЬЕФООБРАЗУЮЩАЯ РОЛЬ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ.

Эндогенные процессы обусловливают различные типы тектонических движений и связанные с ними деформации земной коры. Они являются причиной землетрясений, эффузивно­го и интрузивного магматазма, лежат в основе дифференциации вещества в недрах Земли и формирования различных типов земной коры. В совокупности эндогенные процессы не только способству­ют возникновению разнообразных по морфологии и размерам форм рельефа, но во многих случаях контролируют как характер, так и интенсивность деятельности экзогенных процессов. Все это определяет исключительно важную роль эндогенных процессов в рельефообразовании на поверхности Земли.
Рельефообразующая роль тектонических движений земной коры.Разные исследователи выделяют различные типы тектонических движений. Суммируя современные представления о тектогенезе, по преобладанию направления можно выделить два типа тектонических движений — вертикальные (радиальные) и го­ризонтальные (тангенциальные). Оба типа движений могут про­исходить как самостоятельно, так и во взаимосвязи друг с другом (часто один тип движения порождает другой) и проявляются не только в перемещении крупных блоков земной коры в вертикаль­ном или горизонтальном направлениях, но и в образовании склад­чатых и разрывных нарушений разного масштаба.
Так, согласно концепции тектоники литосферных плит восхо­дящие конвекционные потоки разогретого вещества верхней ман­тии приводят к образованию крупных положительных форм релье­фа типа Восточно-Тихоокеанского поднятия. На последующих стадиях развития в осевых частях таких поднятий образуются рифты — отрицательные грабеноподобные формы рельефа, обус­ловленные разрывными нарушениями (рифтовая зона Срединно-Атлантического хребта). Поступление новых порций мантийного вещества по трещинам на дне рифтов вызывает спрединг – раздвигание литосферных плит в горизонтальном направлении от осевой части рифтов. Таким образом, здесь мы видим пример пе­рехода вертикальных движений в горизонтальные.
Горизонтальные перемещения литосферных плит навстречу друг другу приводят к их сталкиванию между собой, к поддвиганию одних плит под другие (субдукция) или надвиганию одной плиты на другую (обдукция). Все эти процессы сопровождаются образованием глубоководных желобов и окаймляющих их ост­ровных дуг (Японский желоб, Японские острова), грандиозных горных сооружений (Гималаи, Анды). Этот пример иллюстрирует переход горизонтальных движений в вертикальные. Горные поро­ды, слагающие островные дуги и горные сооружения материков, возникающих в результате субдукции и обдукции, оказываются смятыми в складки, осложнены многочисленными разрывными на­рушениями, а также интрузивными и эффузивными телами.
Различные типы тектонических движений и обусловленные ими деформации земной коры находят прямое или опосредованное от­ражение в рельефе.
Складчатые нарушения и их проявление в рельефе.Как известно, элементарными видами складок, не­зависимо от происхождения, являются антиклинали и синклинали. В наиболее простом случае антиклинали и синклинали находят прямое выражение в рельефе или на их месте формируется четко выраженный инверсионный рельеф. Чаще всего характер взаимоотношения складча­тых структур и рельефа более сложный. Обусловлено это тем, что рельеф складчатых областей зависит не только от типов складок и их формы в профиле и плане. Он, как мы уже знаем, во многом определяется составом и степенью однородности пород, смятых в складки, характером, интенсивностью и длительностью воздействия внешних сил, тектоническим режимом территории. Находят отражение в рельефе размер и внутреннее строение скла­док. Небольшие и относительно простые по строению складки выражаются в рельефе обычно невысокими компактными хребтами (Терский и Сунженский хребты северного склона Большого Кав­каза и др.). Более крупные и сложные по внутреннему строению складчатые структуры — антиклинории и синклинории — представ­лены в рельефе крупными горными хребтами и разделяющими их понижениями (антиклинории Главного и Бокового хребтов Боль­шого Кавказа, Копетдагский антиклинории, Магнитогорский син­клинории на Урале и др.). Еще более крупные поднятия, состоя­щие из нескольких антиклинориев и синклинориев, называют мегантиклинориями. Они обычно образуют мегаформы рельефа, имеют облик горной страны, состоящей из нескольких хребтов и разделяющих их впадин (горные сооружения Большого и Малого Кавказа, соответствующие мегантиклинориям того же названия).
Складкообразование, наиболее полно проявляющееся в по­движных зонах земной коры—геосинклинальных областях, обыч­но сопровождается разрывными нарушениями, интрузивным и эффузивным магматизмом. Все эти процессы усложняют структуру складчатых областей и проявление складчатых структур в рельефе. Если учесть при этом разнообразие внешних факторов, воздействующих на складчатые структуры, интенсивность проявления и длительность их воздействия, станет понятным то разнообразие структурно-денудационного рельефа, которое наблюдается в пре­делах складчатых областей земного шара.
Разрывные нарушения и их проявление в рельефе.Разрывные нарушения (дизъюнктивные дислока­ции)—это различные тектонические нарушения сплошности гор­ных пород, часто сопровождающиеся перемещением разорванных частей геологических тел относительно друг друга. Простейшим видом разрывов являются единичные более или менее глубокие трещины. Наиболее крупные разрывные нарушения, распростра­няющиеся на большую глубину (вплоть до верхней мантии) и имеющие значительную длину и ширину, называют глубинными разломами. Глубинные разломы фактически представляют собой более или менее широкие зоны интенсивного дробления пород. Нередко выделяют в качестве особого типа сверхглубинные раз­ломы, которые уходят своими корнями в мантию.
Подобно складчатым, разрывные нарушения находят прямое или опосредованное отражение в рельефе. Так, геологически мо­лодые сбросы или надвиги морфологически нередко выражены уступом топографической поверхности, высота которого может до известной степени характеризовать величину вертикального сме­щения блоков (рис. 9, А, Б). При системе сбросов (надвигов) мо­жет образоваться ступенчатый рельеф, если блоки смещены в од­ном направлении (рис. 9, В), или сложный горный рельеф, если блоки смещены относительно друг друга в разных направлениях. Так образуются глыбовые горы. С точки зрения структурных осо­бенностей перемещенных блоков различают столовые глыбовые и складчато-глыбовые горы. Первые возникают на участках, сложен­ных горизонтальными или слабонаклонными, не смятыми в склад­ки пластами осадочных пород. Примером таких гор может слу­жить Столовая Юра. Широко развиты столовые глыбовые горы в Африке. Складчатые глыбовые горы возникают на месте развития древних складчатых структур. К их числу относятся Алтай, Тянь-Шань и др.
По занимаемой на земной поверхности площади глыбовые го­ры не уступают складчатым. Да и в пределах складчатых гор роль разрывной тектоники чрезвычайно велика. Крупные складчатые нарушения обычно сочетаются с разрывными. Обособление анти­клиналей (антиклинориев) и синклиналей (синклинориев) часто сопровождается образованием ограничивающих разломов. В ре­зультате образуются горст-антиклинали (горст-антиклинории), или грабен-синклинали (грабен-синклинории), которые во многих слу­чаях и определяют внутреннюю структуру складчато-глыбовых гор. Так, упоминавшиеся выше Главный и Боковой хребты боль­шого Кавказа являются сложно построенными горст-антиклинориями.
Особенно велика рельефообразующая роль разрывных нару­шений в областях распространения древних складчатых областей, где в результате последующих тектонических движений в ряде мест сформировались глыбовые, или сбросовые, горы. Примерами рельефа такого типа могут служить глыбовые горы Забайкалья, Большого Бассейна Северной Америки. Четко проявляется в рельефе глыбовая структура гор Центральной Европы, где такие горные массивы, как Гарц, Шварцвальд, Вогезы и др., являются горстами.
Разумеется, не всегда структуры, обусловленные разрывными нарушениями, находят прямое отражение в рельефе. Могут быть и иные соотношения. В результате более интенсивной денудации блока, испытавшего поднятие, топографическая поверхность по­следнего может оказаться на одном уровне с поверхностью опу­щенного блока. При определенных условиях может сформироваться инверсионный рельеф: более высокое гипсомет­рическое положение будет занимать поверхность блока, испытав­шего опускание. Воздействием внешних сил на струк­туры, возникающие в результате разрывных нарушений, объясня­ется и то, что разные по происхождению структуры могут полу­чить одинаковое морфологическое выражение в рельефе.
Рельефообразующая роль разрывных нарушений сказывается также в том, что трещины и разломы как наиболее податливые зоны земной коры часто служат местами заложения эрозионных форм разных порядков. Этому способствует не только раздроблен­ность пород вдоль зон нарушений, но и концентрация в них поверх­ностных и подземных вод. Эрозионные формы, заложившиеся по трещинам и разломам, принимают их направление и в плане (на картах, аэро- и космических снимках) обычно имеют ортогональ­ный характер: прямолинейные участки долин чередуются с резки­ми изгибами под прямыми или острыми углами. Системы разло­мов могут определять очертания береговых линий морей и океа­нов (полуостров Сомали, Синайский полуостров и др.).
Вдоль линий разрывных нарушений часто наблюдаются выхо­ды магматических пород, горячих и минеральных источников, раз­личные специфические формы мезо- и микрорельефа, не свойст­венные окружающей территории. Иногда вдоль линий разломов располагаются цепочки вулканов. К зонам глубинных и сверхглу­бинных разломов приурочены фокусы глубинных землетрясений. По регистрации фокусов таких землетрясений удалось установить, что некоторые сверхглубинные разломы проникают в недра Зем­ли на 500—700 км, пронизывая земную кору и верхнюю мантию.
Велика рельефообразующая роль разломной тектоники в пре­делах рифтовых зон материков и океанов. С ней связано, напри­мер, образование рифтовых долин в сводовых частях срединно-океанических хребтов, Восточно-Африканской системы разломов, Байкальской системы рифтов и др.
О роли горизонтальных движений в эндогенных процессах и формировании рельефа среди тектонистов и геоморфологов еди­ного мнения нет. Многие тектонисты считают, что горизонтальные движения земной коры имеют огромное значение. Они обусловли­вают перемещение материковых массивов и являются причиной образования целых океанов, таких, как Атлантический или Ин­дийский. Наиболее полное отражение это направление в тектони­ке получило в учении Вегенера о горизонтальном перемещении ма­териков, а в последнее время – в упоминавшейся выше кон­цепции «глобальной тектоники», или «тектоники литосферных плит», рассматривающей образование океанов как результат гори­зонтального раздвижения крупнейших плит литосферы.
Некоторые исследователи полагают, что горизонтальные дви­жения земной коры не следует переоценивать, хотя они, несомнен­но, существуют. Например, даже в таких процессах, как образова­ние взбросов и надвигов, имеют место горизонтальные движе­ния. Смещения блоков земной коры по отношению друг к другу в горизонтальном направлении в более крупных масштабах на­зываются сдвигами. Так, по разлому Мендосино, расположенному в северо-восточной части Тихого океана, произошел сдвиг с ампли­тудой 1170 км. При складчатых нарушениях горизонтальные дви­жения вызывают образование лежачих и опрокинутых складок.
Ряд исследователей полагают, что возможны очень крупные гори­зонтальные пликативные дислокации, при которых массы земной коры перемещаются в горизонтальном направлении на десятки и даже сотни километров. Возникают огромные лежачие складки. При этом более молодые породы могут оказаться погребенными под складчатой серией более древних, перемещенных пород. Та­кие огромные лежачие складки называют шарьяжами. Большин­ство ученых, изучающих структуру Альп, полагают, что в их строении шарьяжам принадлежит важнейшее место.
Горизонтальные движения земной коры происходят при обра­зовании горстов и грабенов. Известно, например, что впадина Красного моря, представляющая собой гигантский молодой гра­бен-рифт, расширяется, ее борта смещаются в разные стороны от­носительно осевой линии рифта на несколько миллиметров в год.
Имеются также сведения о том, что во время катастрофическо­го чилийского землетрясения 1960 г. отмечалось смещение края суши относительно твердых геодезических точек на 16 м в запад­ном направлении. В последующие годы произошло обратное сме­щение края суши.
Крупные горизонтальные перемещения земной коры отмечают­ся на дне океанов, там, где срединно-океанические хребты пере­секаются глубинными, так называемыми трансформными разло­мами, смещения по которым достигают нескольких сотен кило­метров.
Таким образом, горизонтальные движения земной коры не­сомненно имеют место и оказывают существенное влияние на фор­мирование рельефа Земли.
Рельефообразущая роль вертикальных и горизонтальных движений земной коры.Под вертикальными, или колебательными, дви­жениями земной коры понимают постоянные, повсеместные, обра­тимые тектонические движения разных масштабов, площадного распространения, различных скоростей, амплитуд и знака, не со­здающие складчатых структур (ряд исследователей называют та­кие движения эпейрогеническими, осцилляционными). Рельефообразующая роль движений этого типа огромна. Они участвуют в образовании форм рельефа самого разного масштаба. Так, верти­кальные тектонические движения самого высшего порядка охва­тывают огромные площади. Они лежат в основе формирования наиболее крупных, планетарных форм рельефа земной поверх­ности.
Вертикальные движения более низкого порядка образуют антеклизы и синеклизы в пределах платформ, поднятия и прогибы— в геосинклинальных областях. Эти крупные структуры находят отражение в рельефе в виде мега- и макроформ рельефа. Напри­мер, Прикаспийская низменность соответствует Прикаспийской синеклизе. Подольская возвышенность—Украинскому щиту, Боль­шой Кавказ—одному из мегантиклинориев альпийской складча­той зоны и т. д. Вертикальные движения лежат в основе форми­рования рельфа складчато-глыбовых и столовых глыбовых гор.
Вертикальная составляющая тектонических движений всегда присутствует и часто превалирует при образовании сбросов, на­двигав, грабенов и горстов, а следовательно, и соответствующих этим структурам форм рельефа. По мнению ряда ученых, верти­кальные движения являются первопричиной складкообразовательных движений. Если в целом это положение спорно, то образова­ние некоторых типов складок под влиянием вертикальных текто­нических движений объяснить можно. Например, складки, обра­зованные при поднятии блоков земной коры за счет неравномер­ного давления снизу; гравитационные складки, возникающие на склонах тектонических поднятий, и некоторые другие.
Вертикальные тектонические движения высшего порядка конт­ролируют распределение площадей, занятых сушей и морем (обусловливают морские трансгрессии и регрессии), определяют конфигурацию материалов и океанов, а оба эти фактора, как из­вестно, являются первопричиной изменения климата на поверхно­сти Земли. Следовательно, вертикальные движения оказывают не только прямое воздействие на рельеф, но и опосредованное, через климат. Важная рельефообразующая роль вертикальных движе­ний заключается также в том, что они обусловливают расположе­ние на земной поверхности областей сноса и аккумуляции, т. е. областей преобладания денудационного или аккумулятивного рельефа.
Исходя из концепции тектоники литосферных плит, можно заключить, что не меньшее значение в формировании рельефа Земли имеют горизонтальные движения. Как уже отмечалось вы­ше, в зонах растяжения земной коры (спрединга) образуются крупные отрицательные формы рельефа (рифты), в зонах сжатия (субдукции, обдукции) —как отрицательные (глубоководные же­лоба), так и положительные макро- и мегаформы (островные ду­ги, горные сооружения). Таким образом, деформируя земную по­верхность. горизонтальные движения, подобно вертикальным, влияют на пространственное расположение областей сноса и денудации, денудационного и аккумулятивного рельефа. С горизон­тальными движениями в значительной мере связано образование сбросов, горстов и грабенов, а также надвигов, опрокинутых и лежачих складок, шарьяжей, о чем уже говорилось выше.
Концепция тектоники литосферных плит рассматривает океа­ны как активно развивающиеся и непостоянные по очертаниям и площади формы рельефа. Отсюда следует вывод о влиянии дви­жения литосферных плит, т.е. горизонтальных движений, на конфигурацию и пространственное положение планетарных форм рельефа и, как следствие этого, на изменение климата, а через него — на характер и интенсивность деятельности экзогенных про­цессов.
Рельефообразующая роль новейших тектонических движений земной коры.В предыдущих главах речь шла об отражении гео­логических структур в рельефе и о влиянии на рельеф различных типов тектонических движений безотносительно ко времени прояв­ления этих движений. В настоящее время установлено, что глав­ная роль в формировании основных черт современного рельефа эндогенного происхождения принадлежит так называемым новей­шим тектоническим движениям, под которыми исследователи по­нимают движения, имевшие место в неоген-четвертичное время. Так, областям со слабовыраженными вертикальными положительными тектоническими движениями в рельефе соответствуют равнины, невысокие плато и плоскогорья с тонким чехлом четвертичных отложений: Восточно-европейская равнина, значительная часть Западно-Сибирской низменности, плато Устюрт, Средне-Сибирское плоскогорье.
Областям интенсивных тектонических погружений, как правило, соответствуют низменности с мощной толщей осадков неоген-четвертичного возраста: Прикаспийская низменность, Колымская низменность.
Областям интенсивных, преимущественно положительных тектонических движений соответствуют горы: Кавказ, Памир.
Следовательно рельефообразующая роль новейших тектонических движений проявилась прежде всего в деформации топографической поверхности, в создании положительных и отрицательных форм рельефа разного порядка, в связи с чем новейшими тектоническими движениями контролируются области денудации и аккумуляции. Скорость, амплитуда и контрастность НТД определяет и интенсивность различных экзогенных процессов.
Выражение в современном рельефе структур, созданных НТД, зависит от типа и характера этих движений, литологии деформируемых толщ и конкретных физико-географических условий. Одни структуры находят прямое отражение в рельефе, на месте других формируется обращенный рельеф или переходные формы от прямого к обращенному рельефу. Крупные структуры как правило находят прямое отражение в рельефе.
Формы рельефа, обязанные своим происхождением неотектоническим структурам, получили названием морфоструктур. Обычно под ними понимаются формы рельефа разного масштаба, морфологический облик которых в значительной степени соотвестствует типам создавших их геологических структур.
О проявлении неотектонических движений можно судить по многочисленным и весьма разнообразным геоморфологическим признакам. Приведем некоторые из них: а) наличие морских и речных террас, образование которых не связано с воздействием изменения климата или каких-то других причин; б) деформации морских и речных террас и древних поверхностей денудационного выравнивания; в) глубоко погруженные или высоко приподнятые над уровнем моря коралловые рифы; г) затопленные морские береговые формы и некоторые подводные карстовые источники, положение которых нельзя объяснить эвстатическими колебания­ми уровня Мирового океана или другими причинами; д) антеце­дентные долины, образующиеся в результате пропиливания рекой возникающего на ее пути тектонического повышения—антикли­нальной складки или воздымающегося блока, образованного раз­рывными нарушениями.
О проявлении неотектонических движений можно судить и по ряду косвенных признаков. Чутко реагируют на них флювиальные формы рельефа. Так, участки, испытывающие тектонические под­нятия, обычно характеризуются увеличением густоты и глубины эрозионного расчленения по сравнению с территориями, стабильными в тектоническом отношении или испытывающими погруже­ние. Меняется на таких участках и морфологический облик эро­зионных форм: долины обычно становятся уже, склоны круче, наблюдаются изменение продольного профиля рек и резкие изме­нения направления их течения в плане, не объяснимые другими причинами, и т. д.
В зависимости от соотношения скоростей тектонических дви­жений (Т) и денудационных процессов (Д) рельеф может разви­ваться по восходящему или нисходящему типу. Если Т>Д, рельеф развивается по восходящему типу. В этом случае увеличиваются абсолютные высоты территории, испытывающей поднятия. Увели­чение абсолютных высот стимулирует усиление глубинной эрозии постоянных и временных водотоков, что ведет к увеличению отно­сительных высот. Формируются долины рек типа теснин, ущелий и каньонов, характеризующихся крутыми или даже отвесными склонами, что, в свою очередь, ведет к интенсивному развитию оползневых (при благоприятных гидрогеологических условиях) и обвально-осыпных процессов. Вследствие резкого преобладания глубинной эрозии над боковой в долинах рек слабо развиты или отсутствуют совсем поймы и речные террасы. Продольные профи­ли рек характеризуются большими уклонами и невыработанностью: более или менее пологие уклоны на участках выхода легко размываемых пород чередуются с порогами и уступами на местах выхода стойких к размыву пород. Усиление интенсивности дену­дационных процессов ведет к быстрому удалению рыхлых про­дуктов разрушения горных пород, следствием чего является хо­рошая обнаженность «свежих», не подвергшихся еще разрушению пород, препарировка более стойких пород и как результат четкое отражение геологических структур в рельефе (структурность рельефа), особенно в условиях аридного климата. Увеличение абсолютных высот, длины и крутизны склонов приводит не только к интенсификации ранее действовавших рельефообразующих про­цессов, но и к появлению новых: снежных лавин и селей, а при подъеме территории выше климатической снеговой границы—к про­цессам, связанным с деятельностью льда и снега. В результате в верхней части гор формируется новый тип рельефа—альпий­ский, характеристика которого была дана выше. Таким образом, изменение количественных характеристик — увеличение абсолют­ных и относительных высот, длины и крутизны склонов — приводит к качественным изменениям всего комплекса рельефообразующих процессов. Эти изменения находят отражение и на территориях, прилегающих к воздымающимся горам: здесь изменяется характер коррелятных отложений. По мере роста гор увеличиваются коли­чество и крупность обломочного материала, выносимого постоян­ными и временными водотоками.
Если Т<Д, процесс рельефообразования развивается в обрат­ном направлении: уменьшаются абсолютные и относительные вы-
соты, склоны выполаживаются, речные долины расширяются, на дне их начинает накапливаться аллювий, продольные профили рек выравниваются и становятся более пологими, интенсивность эро­зионных и склоновых процессов уменьшается. При снижении гор ниже снеговой границы прекращается рельефообразующая дея­тельность снега и льда. Накопление обломочного материала на дне эрозионных форм и склонах ведет к затушевыванию структур­ности рельефа, уменьшению площади выхода на поверхность све­жих скальных пород. Вершины и гребни хребтов принимают округлые очертания. Все это ведет к уменьшению количества выносимого обломочного материала и его крупности.
Отмеченная связь между изменением рельефообразующих про­цессов на территориях, испытывающих поднятие, и характером коррелятных отложений, накапливающихся в области опускания, позволяет использовать коррелятные отложения для палеогеографических реконструкций: определения интенсивности тектониче­ских движений прошлых геологических эпох, местоположения областей сноса, определения возраста проявления тектонических движений и формирования денудационного рельефа. Вот почему в задачу геоморфологии входит изучение не только самого рель­ефа, но и слагающих его пород, в частности коррелятных отложений.
Таким образом, существует тесная связь между характером и интенсивностью новейших тектонических движений, морфологией рельефа на разных стадиях его развития и коррелятными отло­жениями. Эта связь позволяет широко использовать геоморфоло­гические методы при изучении неотектонических движений и гео­логической структуры земной коры.
Кроме новейших тектонических движений, различают так на­зываемые современные движения, под которыми понимают дви­жения, проявившиеся в историческое время и проявляющиеся сейчас. О существовании таких движений свидетельствуют многие историко-археологические данные, а также данные повторных ни­велировок. Отмеченные в ряде случаев большие скорости этих движений диктуют настоятельную необходимость их учета при строительстве долговременных сооружений — каналов, нефте- и газопроводов, железных дорог и др.