Силы Земли. Гравитационная сила Земли
На протяжении времени он меняется под действием различных сил. Места, где когда-то были великие горы, становятся равнинами, а в некоторых областях возникают вулканы. Ученые стремятся объяснить, почему так происходит. И уже многое современной науке известно.
Причины трансформаций
Рельеф Земли — одна из самых интересных загадок природы и даже истории. Из-за того, как менялась поверхность нашей планеты, менялась и жизнь человечества. Изменения происходят под действием внутренних и внешних сил.
Среди всех форм рельефа выделяются большие и мелкие. Самые крупные из них — это материки. Считается, что сотни веков назад, когда человека еще не было, наша планета имела совершенно другой облик. Возможно, был всего один материк, который со временем раздробился на несколько частей. Затем они разделились снова. И появились все те материки, которые существуют сейчас.
Другой крупной формой стали океанические впадины. Считается, что раньше также было меньше океанов, но затем их стало больше. Некоторые ученые утверждают, что спустя сотни лет появятся новые. Другие же говорят, что вода затопит некоторые участки суши.
Изменяется рельеф планеты на протяжении долгих веков. Даже несмотря на то, что человек подчас сильно вредит природе, его деятельность не способна существенно изменить рельеф. Для этого нужны такие мощные силы, которые есть только у природы. Однако человек не может не только кардинально трансформировать рельеф планеты, но и остановить изменения, которые производит сама природа. Несмотря на то, что наука сделала большой шаг вперед, пока что невозможно обезопасить всех людей от землетрясений, извержений вулканов и многого другого.
Базовая информация
Рельеф Земли и основные формы рельефа привлекают пристальное внимание многих ученых. Среди основных разновидностей - горы, нагорья, шельфы и равнины.
Шельф — это те участки земной поверхности, которые скрыты под толщей воды. Очень часто они тянутся вдоль берегов. Шельф — это тот вид рельефа, который встречается только под водой.
Нагорья — это стоящие отдельно долины и даже системы хребтов. Многое из того, что называют горами, на самом деле является нагорьем. Например, Памир — это не гора, как считают многие. Также Тянь-Шань является нагорьем.
Горы — это самые грандиозные формы рельефа планеты. Они возвышаются над сушей более чем на 600 метров. Их вершины скрываются за облаками. Бывает так, что в теплых странах можно увидеть горы, пики которых покрыты снегом. Склоны обычно очень крутые, но некоторые смельчаки решаются по ним взобраться. Горы могут образовывать цепи.
Равнины — это стабильность. Жители равнин реже всего испытывают на себе изменения рельефа. Они почти не знают, что такое землетрясения, потому такие места считаются наиболее благоприятными для жизни. Настоящая равнина — это максимально плоская земная поверхность.
Внутренние и внешние силы
Влияние внутренних и внешних сил на рельеф Земли грандиозно. Если изучить, как менялась поверхность планеты на протяжении нескольких веков, то можно заметить, как то, что казалось вечным, исчезает. На смену ему приходит нечто новое. Внешние силы не способны изменить рельеф Земли так сильно, как внутренние. И первые, и вторые подразделяют на несколько видов.
Внутренние силы
Внутренние силы, которые изменяют рельеф Земли, невозможно остановить. Но в современном мире ученые из разных стран пытаются предсказать, когда и в каком месте будет землетрясение, где случится извержение вулкана.
К внутренним силам относят землетрясения, движения и вулканизм.
В итоге все эти процессы приводят к появлению новых гор и горных хребтов на суше и на дне океана. Кроме того, возникают гейзеры, горячие источники, цепи вулканов, уступы, трещины, впадины, обвалы, конусы вулканов и многое другое.
Внешние силы
Внешние силы не способны производить заметные трансформации. Однако не стоит упускать их из виду. К формирующим рельеф Земли, относятся следующие: работа ветра и текучих вод, выветривание, таяние ледников и, конечно, работа людей. Хотя человек, как было сказано выше, пока что не способен сильно изменить облик планеты.
Работа внешних сил приводит к созданию холмов и оврагов, котловин, дюн и барханов, речных долин, щебня, песка и многого другого. Вода способна очень медленно разрушить даже великую гору. И те камни, которые сейчас без труда находят на берегу, могут оказаться частью горы, бывшей некогда великой.
Планета Земля — это грандиозное творение, в котором продумано все до мелочей. На протяжении веков она менялась. Произошли кардинальные трансформации рельефа, и все это - под действием внутренних и внешних сил. Для того чтобы лучше понимать процессы, происходящие на планете, обязательно нужно знать о жизни, которую она ведет, не обращая внимания на человека.
Деятельность внешних сил в целом ведет к разрушению горных пород, слагающих земную поверхность, и сносу продуктов разрушения с высоких мест на более низкие. Этот процесс называется денудацией. Снесённый материал накапливается в низких местах - долинах, котловинах, впадинах. Этот процесс называется аккумуляцией - прим. от geoglobus.ru. Разрушение горных пород вблизи поверхности Земли под действием разных факторов - выветривание подготавливает материал для перемещения.
Особенно велика роль воды, попавшей в трещины, почти всегда имеющиеся в горных породах. Замерзая, она расширяет, раздвигает края трещины; оттаивая, вытекает из неё, унося с собой разрушенные частицы.
Ветер, перенося песок с места на место, не только расширяет трещины, но и шлифует их, обтачивает поверхности скал, создавая причудливые фигуры. Там, где ветер стихает, в ветровой «тени», например за скалой или за кустарником, песок накапливается. Создаётся новая форма рельефа, которая со временем даст начало бархану - песчаному холму. Такие образования называют эоловыми формами рельефа, по имени древнегреческого бога Эола, повелителя ветров.
Свою лепту в изменение рельефа вносят морские волны и приливы. Они разрушают берега, уносят разрушенный материал и перемещают его на разные расстояния вдоль берега, формируя прибрежные валы и пляжи, постоянно меняют береговую линию.
На поверхности горных ледников и в их толще перемещаются обломки пород, песок, пыль с окрестных скал и склонов долин. При таянии ледника весь этот материал ложится на земную поверхность - прим. от geoglobus.ru. Сама ледяная масса способна оказывать сильное формирующее действие на рельеф. Под её воздействием образуются ледниковые долины корытообразной формы - троги, остроконечные пики - карлинги, огромные насыпные валы - морены.
В последние столетия человек настолько активно влияет на окружающую природную среду, что сам становится мощной внешней силой. Вредные выбросы в атмосферу промышленных предприятий приводят к возникновению кислотных дождей.
Возбуждаемые энергией солнечных лучей и силой тяжести экзогенные силы, с одной стороны, разрушают формы, созданные эндогенными силами, с другой - создают новые формы. В этом процессе выделяют: 1) разрушение горных пород (выветривание - оно не создает формы рельефа, а подготавливает материал), 2) удаление разрушенного материала, обычно это снос вниз по склону (денудация) и 3) переотложение (аккумуляция) сносимого материала. Если при этом формируется практически ровная поверхность, говорят о пенепленизации.
Важнейшими агентами проявления внешних сил являются воздух и вода. Различают физическое, химическое и биогенное выветривание.
Физическое выветривание происходит из-за неодинакового расширения и сжатия частиц горных пород при колебаниях температуры. Особенно интенсивно оно в переходные сезоны и в районах с континентальным климатом, большими суточными амплитудами температур - на нагорьях Сахары или в горах Сибири, при этом часто формируются целые каменные реки - курумы. Если в трещины пород проникает вода, а затем, застывая и расширяясь, увеличивает эти трещины, говорят о морозном выветривании.
Химическое выветривание - это разрушение горных пород и минералов под действием содержащихся в воздухе воде, породах и почвах активных веществ (кислорода, углекислоты, солей, кислот, щелочей и др.) в результате химических реакций. Для химического выветривания, напротив, благоприятны влажные и теплые условия, характерные для приморских районов, влажных тропиков и субтропиков.
Биогенное выветривание часто сводится к химическому и физическому воздействию на горные породы организмов.
Обычно наблюдается одновременно несколько видов выветривая, и когда говорят о физическом или химическом выветривании это не значит, что другие силы при этом не участвуют - просто название дается по ведущему фактору.
Вода - "скульптор лика земного" и один, из самых мощных агентов перестройки рельефа. Текучие воды воздействуют на рельеф, разрушая горные породы. Временные и постоянные водные потоки, реки и ручьи миллионы лет "вгрызаются" в земную поверхность, размывают ее (эрозия), перемещают и переоткладывают смытые частицы. Если бы не происходило постоянного поднятия земной коры, хватило бы всего 200 млн. лет, чтобы вода смыла все выступающие над морем участки и вся поверхность нашей планеты представляла бы единый безбрежный океан. Наиболее распространенными эрозионными формами рельефа являются формы линейной эрозии: речные долины, овраги и балки.
Для понимания процессов формирования таких форм важным является осознание того факта, что базис эрозии (место, куда стремится вода, уровень, на котором поток теряет свою энергию - для рек это устье или место впадения, или скальный участок в русле) изменяет свое положение с течением времени. Обычно он понижается при размывании рекой тех горных пород, по которым она протекает, особенно интенсивно это происходит при увеличении водности рек или тектонических колебаниях.
Овраги и балки образованы временными водотоками, возникающими после таяния снега или выпадения ливневых дождей. Между собой они отличаются тем, что овраги - это постоянно растущие, врезающиеся в рыхлые породы, узкие крутосклонные рытвины, а балки - имеющие широкое днище и прекратившие свое развитие ложбины, заняты лугами или лесами.
Самые разнообразные формы рельефа создают реки. В речных долинах выделяют следующие формы: коренной берег (в его строении не участвуют речные наносы), пойму (часть долины, затопляемая в паводки или половодья), террасы (бывшие поймы, поднявшиеся над урезом в результате понижения базиса эрозии), старицы (участки реки, отделившиеся в результате меандрирования от прежнего русла).
Кроме природных факторов (наличия уклонов поверхности, легко размываемых грунтов, обильных осадков и т. д.), образованию эрозионных форм способствует нерациональная деятельность человека - сплошная вырубка лесов и распашка склонов.
Кроме воды важным фактором экзогенных сил является ветер. Обычно он обладает меньшей, чем вода силой, но работая с рыхлым материалом может творить чудеса. Формы, созданные ветром, называются эоловыми. Они преобладают в засушливых районах, или там, где засушливые условия были в прошлом (реликтовые эоловые формы). Это барханы (песчаные холмы серповидной формы) и дюны (холмы овальной формы), обточенные скалы.
Одновременно с внутренними, тектоническими процессами на Земле действуют процессы внешние. В отличие от внутренних, охватывающих всю толщу литосферы, они действуют только на поверхности Земли. Глубина их проникновения в земную кору не превышает нескольких метров и лишь в пещерах - до нескольких сот метров. Источником происхождения сил, вызывающих внешние процессы, служит тепловая солнечная энергия.
Внешние процессы очень разнообразны. К ним относятся выветривание горных пород, работа ветра, воды и ледников.
Выветривание. Оно подразделяется на физическое, химическое и органическое.
Физическое выветривание - это механическое раздробление, измельчение горных пород.
Происходит оно при резком изменении температуры. При нагревании порода расширяется, при охлаждении - сжимается. Так как коэффициент расширения разных минералов, входящих в породу, неодинаков, процесс ее разрушения усиливается. Вначале порода распадается на крупные глыбы, которые с течением времени измельчаются. Ускоренному разрушению породы способствует вода, которая, проникая в трещины, замерзает в них, расширяется и разрывает породу на отдельные части. Наиболее активно физическое выветривание действует там, где происходит резкая смена температуры, а на поверхность выходят твердые магматические породы - гранит, базальт, сиениты и т. д.
Химическое выветривание - это химическое воздействие на горные породы различных водных растворов.
При этом, в отличие от физического выветривания, происходят разнообразные химические реакции, а вследствие этого изменение химического состава и, возможно, образование новых горных пород. Действует химическое выветривание повсеместно, но особенно интенсивно протекает в легкорастворимых породах - известняках, гипсах, доломитах.
Органическое выветривание представляет собой процесс разрушения горных пород живыми организмами - растениями, животными и бактериями.
Лишайники, например, поселяясь на скалах, истачивают их поверхность выделяемой кислотой. Корни растений также выделяют кислоту, а кроме того, корневая система действует механически, как бы разрывая породу. Дождевые черви, пропуская через себя неорганические вещества, преобразуют породу и улучшают доступ в нее воды и воздуха.
Выветривание и климат. Все виды выветривания протекают одновременно, но действуют с разной интенсивностью. Зависит это не только от слагающих пород, но и главным образом от климата.
В полярных странах наиболее активно проявляется морозное выветривание, в умеренных - химическое, в тропических пустынях - механическое, во влажных тропиках - химическое.
Работа ветра. Ветер способен разрушать горные породы, переносить и откладывать их твердые частицы. Чем сильнее ветер и чем чаще он дует, тем большую работу он способен производить. Там, где на поверхность Земли выходят скалистые обнажения, ветер бомбардирует их песчинками, постепенно стирая и разрушая даже самые твердые породы. Менее устойчивые породы разрушаются быстрее, возникают специфические, эоловые формы рельефа - каменные кружева, эоловые грибы, столбы, башни.
В песчаных пустынях и по берегам морей и крупных озер ветер создает специфические формы рельефа - барханы и дюны.
Барханы - это подвижные песчаные холмы серповидной формы. Наветренный склон их всегда пологий (5-10°), а подветренный - крутой - до 35-40° (рис. 27). Образование барханов связано с торможением ветрового потока, несущего песок, которое происходит из-за каких-либо препятствий - неровностей поверхности, камней, кустов и т. д. Сила ветра ослабевает, и начинается отложение песка. Чем постояннее ветры и чем больше песка, тем быстрее растет бархан. Наиболее высокие барханы - до 120 м - обнаружены в пустынях Аравийского полуострова.
Рис. 27. Строение бархана (стрелкой показано направление ветра)
Передвигаются барханы по направлению ветра. Ветер гонит песчинки по пологому склону. Достигнув гребня, ветровой поток завихряется, скорость его уменьшается, песчинки выпадают и скатываются по крутому подветренному склону. Это обусловливает перемещение всего бархана со скоростью до 50-60 м в год. Передвигаясь, барханы могут засыпать оазисы и даже целые поселки.
На песчаных пляжах развеваемые пески образуют дюны. Они тянутся вдоль берега в виде громадных песчаных гряд или холмов высотой до 100 м и более. В отличие от барханов они не имеют постоянной формы, но также могут передвигаться в направлении от пляжа в глубь суши. Для того чтобы остановить движение дюн, высаживают древесно-кустарниковые растения, в первую очередь сосны.
Работа снега и льда. Снег, особенно в горах, выполняет значительную работу. На склонах гор накапливаются огромные массы снега. Время от времени они срываются со склонов, образуя снежные лавины. Такие лавины, двигаясь с огромной скоростью, захватывают обломки скал и увлекают вниз, сметая все на своем пути. За грозную опасность, которую несут снежные лавины, их называют «белой смертью».
Твердый материал, который остается после таяния снега, образует громадные каменистые бугры, перегораживающие и заполняющие межгорные впадины.
Еще большую работу выполняют ледники. Они занимают на Земле громадные площади - более 16 млн км2, что составляет 11 % площади суши.
Различают ледники материковые, или покровные, и горные. Материковые льды занимают огромные площади в Антарктиде, Гренландии, на многих полярных островах. Толщина льда материковых ледников неодинакова. Например, в Антарктиде она достигает 4000 м. Под действием громадной тяжести лед сползает в море, обламывается, и образуются айсберги - ледяные плавучие горы.
У горных ледников различают две части - области питания или накопления снега и таяния. Накапливается снег в горах выше снеговой линии. Высота этой линии в разных широтах неодинакова: чем ближе к экватору, тем выше снеговая линия. В Гренландии, например, она лежит на высоте 500-600 м, а на склонах вулкана Чимборасо в Андах - 4800 м.
Выше снеговой линии снег накапливается, уплотняется и постепенно превращается в лед. Лед обладает пластическими свойствами и под давлением вышележащих масс начинает скользить по склону вниз. В зависимости от массы ледника, его насыщенности водой и крутизны склона скорость движения колеблется от 0,1 до 8 м в сутки.
Двигаясь по склонам гор, ледники выпахивают рытвины, сглаживают выступы скал, расширяют и углубляют долины. Обломочный материал, который ледник захватывает при своем движении, при таянии (отступлении) ледника, остается на месте, образуя ледниковую морену. Морена - это груды обломков скал, валунов, песка, глины, оставленные ледником. Различают морены донные, боковые, поверхностные, срединные и конечные.
Горные долины, по которым когда-либо проходил ледник, легко отличить: в этих долинах всегда обнаруживаются остатки морен, а форма их напоминает корыто. Такие долины называют трогами.
Работа текучих вод. К текучим водам относятся временные дождевые потоки и талые снеговые воды, ручьи, реки и подземные воды. Работа текучих вод с учетом фактора времени грандиозна. Можно сказать, что весь облик земной поверхности в той или иной мере создан текучей водой. Все текучие воды объединяет то, что они производят три вида работ:
Разрушение (эрозию);
Перенос продуктов (транзит);
Отношение(аккумуляцию).
В результате образуются разнообразные неровности на поверхности Земли - овраги, борозды на склонах, обрывы, долины рек, песчаные и галечные острова и т. д., а также пустоты в толще горных пород - пещеры.
Действие силы тяжести. Все тела - жидкие, твердые, газообразные, находящиеся на Земле, - притягиваются к ней.
Сила, с которой тело притягивается к Земле, называется силой тяжести.
Под действием этой силы все тела стремятся занять самое низкое положение на земной поверхности. В результате возникают водные потоки в реках, дождевые воды просачиваются в толщу земной коры, обрушиваются снежные лавины, движутся ледники, вниз по склонам перемещаются обломки горных пород. Сила тяжести - необходимое условие действия внешних процессов. В противном случае продукты выветривания оставались бы на месте их образования, покрывая, как плащом, нижележащие породы.
| |
§ 19. Вулканы и землетрясения
§ 21. Минералы и горные породы
На земной поверхности постоянно действуют силы, которые разрушают скалы, размывают берега, переносят массы раздробленных и растворенных минеральных веществ, осаждают и накапливают слои осадков. Подобные процессы, господствующие на поверхности Земли , называются внешними или экзогенными . С давних пор от них отделяют глубинные, внутренние , или эндогенные , силы, источники которых находятся в недрах планеты. Извне воздействуют на Землю силы притяжения Луны и Солнца . Сила притяжения других небесных тел очень мала, и ею можно пренебречь. Однако некоторые ученые считают, что в геологической истории Земли за десятки миллионов лет гравитационные воздействия из космоса могут значительно возрастать. В результате их происходят, например, морские приливы. Некоторые ученые к экзогенным силам относят и земное притяжение, из-за которого происходят оползни и обвалы, стекают воды, перемещаются ледники и т. д.
Экзогенные силы разрушают и химически преобразуют горные породы , переносят рыхлые и растворимые продукты разрушения водой, ветром и ледниками. Одновременно идет отложение, накопление (аккумуляция) продуктов разрушения на суше или на дне водоемов в виде осадков (в дальнейшем они преобразуются в осадочные горные породы). Внешние силы участвуют, в сочетании с внутренними, в формировании рельефа Земли , в образовании осадочных пород и многих типов месторождений полезных ископаемых (например, руд алюминия - бокситов, никеля и др.).
Обычно считается, что от соотношения движений земной коры и денудации зависит направление развития рельефа : при преобладании разрушения и денудации над тектоническими процессами происходит общее нивелирование и понижение рельефа . Горы постепенно превращаются в пенеплены - слабо всхолмленные, местами почти ровные, предельные равнины. Под влиянием новейших тектонических движений пенеплены поднимаются, образуя высокие плоские хребты (например в Саянах, в Тянь-Шане), или опускаются, покрываясь толщей коры выветривания.
Земная поверхность, согласно подобным представлениям, выглядит как арена борьбы внутренних и внешних сил планеты. Первые вызывают движения в земной коре, вторые - разрушают поверхность гор и перераспределяют продукты разрушения. Выходит, будто внутренние силы планеты созидательные, «главные», без которых замерла бы жизнь Земли , сгладился бы рельеф и повсюду расстилалась гладь Мирового океана . Так ли это?
Прежде чем ответить на этот вопрос, познакомимся с внутренними (эндогенными) силами. У них главный источник энергии - внутренняя теплота в недрах Земли . К внутренним силам относятся: распад радиоактивных веществ, различные химические реакции и превращения вещества в недрах, внезапные разрядки возникающих в толще планеты напряжений. Эндогенные силы вызывают движения магмы, вулканическую деятельность, метаморфизм горных пород , землетрясения , медленные поднятия и опускания земной коры, ее горизонтальные перемещения, разрывы в толще горных пород , образование месторождений полезных ископаемых и т. д.
Они ярко проявляются в магматизме - сложных процессах возникновения и движения магмы (расплавленной огненно-жидкой массы) в верхние горизонты коры и к поверхности Земли . Она имеет преимущественно силикатный состав и образуется в земной коре или (редко) в верхней мантии. Главные типы магм: основная (базальтовая) и кислая (гранитная). Извергаясь на поверхность Земли , магма образует вулканы .
Это эффузивный магматизм.
Магма не всегда изливается, а часто внедряется в толщу горных пород и там медленно остывает. Так образуются интрузии . Слагающие их магматические породы называют интрузивными. Формируясь в условиях медленного охлаждения магмы под большим давлением, интрузивные породы приобретают правильную равномерно-зернистую структуру. В процессе денудации массивы интрузивных пород могут оказаться на земной поверхности. Например, очень много гранитных массивов в Забайкалье, есть они на Урале, в Украине, в Средней Азии.
Из магматических внедрений наиболее известны лакколиты - грибообразные или подобные караваям интрузии, приподнявшие осадочные слои. Лакколиты залегают неглубоко, и приподнятые слои иногда образуют огромные купола - диаметром от сотен метров до 5-6 км и более. Широко известны лакколиты района Минеральных Вод на Северном Кавказе, поднимающиеся среди ровного плато: горы Железная, Бештау, Машук и др.; Аюдаг - в Крыму.
Дайки - результат внедрения магмы по трещинам в земную кору. Нередко породы, слагающие их, бывают более твердыми, чем окружающие; поэтому при выветривании дайки остаются в виде стены. Толщина их может достигать десятков и даже сотен метров. Трещинные интрузии небольшой мощности и неправильной формы называют магматическими жилами . Иногда в узле пересечения трещин залегают штоки , подобные столбам. Крупные массивы глубинных горных пород , главным образом гранитоидов, удлиненно-овальной формы, залегающих на значительной глубине, называются батолитами. Они достигают 2000 км в длину и 100 км и более в ширину. С гранитными батолитами связаны месторождения олова, вольфрама, золота и многих других металлов.
Медленные поднятия и опускания обширных участков земной коры сопровождают всю историю Земли , они происходят, конечно, и в наши дни. Направление этих колебательных, или эпейрогенических, движений (эпейрогенез) с течением времени изменяется: поднимающиеся участки начинают погружаться, и наоборот. Скорость таких движений настолько мала, что за короткий отрезок времени их заметить трудно. Скорости выражаются долями миллиметров в год, а предельные - сантиметрами в год. Классический пример опусканий - территория Голландии. Значительная ее часть находится ниже уровня моря и от вторжения моря защищена дамбами. Они надстраиваются по мере опускания суши. Скорость опускания здесь - 0,5-0,7 см/год. А поднимается земная кора, например, в Швеции и Финляндии, где по берегам Ботнического залива многие порты оказались удаленными от моря на значительное расстояние.
Внутренние силы работают в недрах планеты и совершенно скрыты от наших глаз. Эпейрогенические колебательные движения столь неторопливы, что заметить их также нельзя. Конечно, некоторые проявления внутренней жизни Земли видны на поверхности (вулканы) или ощущаются людьми (землетрясения). А вот интрузии, дайки, жилы - результаты вековых движений поверхности, разрывы земной коры и многое другое - разве все это может наблюдать краевед? Да, может. Особенно в горной местности, на обнажениях, где хорошо видны, вскрыты эрозией слои горных пород, жилы, штоки, дайки и т. п. В разных районах нашей страны имеются обнажения горных пород, в которых выходят на поверхность отложения самых разных геологических эпох: от древнейших пород (они обнажаются в пределах Балтийского щита, Восточной Сибири, Украинского кристаллического массива) до современных, созданных в результате деятельности человека.
В конце прошлого века было открыто явление радиоактивности. Энергия распада ядер очень велика, радиоактивных минералов в недрах много. Ученые стали подсчитывать мощности внешних и внутренних источников энергии Земли . Выяснилось, что среди них абсолютно преобладает лучистая энергия Солнца . Перехватываемая Землей лучистая энергия Солнца в тысячи раз превышает все внутренние источники, вместе взятые. Выходит, внешние силы должны играть главную роль в жизни нашей планеты. По мнению советского ученого-естествоиспытателя В. И. Вернадского, в глубинах планеты ниже земной коры геологическая активность быстро затухает. Действительно, почти все эпицентры землетрясений и вулканические очаги приурочены к земной коре и отчасти к подстилающему ее слою астеносферы (области относительно низкой вязкости подкорового вещества, которое частично находится в пластичном состоянии). Но ведь, как известно, земная кора - это область былых биосфер. Почти все слагающие ее породы некогда побывали на земной поверхности, подверглись «обработке» внешними силами и накопили в той или иной форме солнечную энергию. А затем, опускаясь на многие километры в недра Земли , под огромным давлением вышележащих пород они отдают накопленную энергию. Теперь она становится как бы внутренней тепловой (геотермальной) энергией Земли, вызывая множество геологических процессов как в глубинах (например, магматизм), так и на поверхности (вулканизм и др.).
Строение вулкана: 1 - кальдера; 2 - сомма; 3 - конус, 4 - кратер; 5 - жерло. 6 - лавовый поток; 7 - лавовый очаг.
Залегание магматических пород: Б - батолит; Л - лакколит; Ш - шток; Ж - жила; П - покров.
Типы вулканов: 1 - площадной; 2 - трещинный; 3 - гавайский; 4 - стромболианский; 5 - везувианский; 6 - плинианский.
С давних времён гранит был олицетворением стойкости, прочности. Выражение «стойкий как гранит» можно было в равной степени отнести к волевому, несгибаемому человеку, дружбе или какому-нибудь сооружению. Однако даже гранит рассыпается в мелкий щебень, крошку и песок, если его длительное время подвергать воздействию перепада температур, активных кислот, замерзающей и оттаивающей воды. Ничто не вечно на нашей Земле, и всё изменяется, включая самые крепкие горные породы.
С первыми лучами солнца высоко в горах начинают таять снег и лёд. Капли воды, сливаясь в тоненькие ручейки, текут по склонам, образуя ручьи и, наконец, горные реки. Вода проникает в мельчайшие трещины и углубления горной породы. Ночью температура падает на несколько градусов ниже нуля, и вода в трещинах превращается в лёд, увеличиваясь в объёме на 9%, раздвигая стенки трещины, расширяя и углубляя ее. Так продолжается день за днём, год за годом.
Постепенно трещина разовьётся настолько, что отделит кусок горной породы от основного массива, и тот скатится вниз по склону. Этот процесс, идущий постоянно и приводящий к медленному, но верному разрушению горных пород, называется выветриванием. Как видим, это отнюдь не работа ветра, а разрушение горных пород в самой поверхностной зоне земной коры под влиянием разных причин. Эту зону иногда называют зоной гипергенеза (от греч. «гипер» — «над», «сверху» и «генезис» — «рождение», «происхождение»).
Конечно, выветривание — не только действие расширяющейся при замерзании воды, а совокупность многих факторов: колебаний температуры; химического воздействия различных газов и кислот, растворённых в воде; воздействия органических веществ, образующихся при жизнедеятельности растений и животных и при их разложении после смерти; расклинивающие действия корней кустарников и деревьев. Иногда эти факторы действуют вместе, иногда по отдельности, но решающее значение имеют резкая смена температуры и водный режим. Поэтому в зависимости от преобладания тех или иных факторов выделяют физическое, химическое и биогенное выветривание.
Физическое выветривание
Для чего на стыках рельсов делается зазор в несколько сантиметров? Чтобы при нагревании в жаркую летнюю погоду, когда рельсы расширятся и удлинятся, железнодорожный путь не искривился. Стальные и железные мосты тоже расширяются в жару, поэтому в их конструкциях также предусмотрены зазоры.
В пустынях, где днём невозможно притронуться к камню — такой он горячий, — ночью температура резко падает. Горные породы, как и рельсы, подвергаются то нагреванию, то охлаждению и соответственно расширению и сжатию. Но в отличие от рельсов горные породы, например граниты и базальты, состоят из разных минералов, которые обладают различным цветом, строением и, что самое главное, различной теплопроводностью. За счёт разного расширения в этих минералах возникают большие напряжения, неоднократное действие которых приводит в конце концов к ослаблению связей между минералами, и порода рассыпается, как говорят, в труху, превращаясь в дресв^ — скопление мелких обломков, щебня, грубого песка.
Подобное температурное выветривание особенно эффективно в магматических и метаморфических породах, состоящих из разнообразных по своим свойствам минералов, которые имеют различную теплопроводность. Эти минералы, то расширяясь, то сжимаясь, «раскачивают» прочные связи между собой, и, наконец, утратив их совсем, порода рассыпается, превращаясь в щебень и грубый песок.
В пустынных районах Сирии несколько тысячелетий назад происходили излияния базальтовых лав. В наши дни пейзаж этих мест поражает своей мрачностью: вокруг лишь бесконечный хаос грубых чёрных обломков базальтов, образовавшихся на лавовых потоках за счёт температурного выветривания. Температурное выветривание особенно активно происходит в областях с жарким континентальным климатом — в пустынных районах, где очень велики суточные перепады температуры.
Различные породы разрушаются с разной скоростью. Так, Великие пирамиды в Гизе, недалеко от Каира (Египет), сложенные из глыб желтоватых песчаников, ежегодно теряют 0,2 мм своего наружного слоя, что приводит к накоплению осыпей (например, у подножия пирамиды Хуфу образуются осыпи объёмом 50 м3 в год).
Скорость выветривания известняков составляет 2—3 см в год, а гранит разрушается намного медленнее. На гранитных блоках, высеченных в Асуане 5400 лет назад, в результате выветривания образовался рыхлый слой толщиной 5—10 мм. А блоки известняка, из которых примерно 250 лет назад построена крепость Кременец на Украине, за это время успели разрушиться почти на 25 см, и рыхлый материал был унесён дождями и ветром.
Иногда выветривание приводит к своеобразному шелушению, или десквамации (от лат. desquama-ге — «снимать чешую»), — отслаиванию тонких пластинок от поверхности обнажения горных пород. В результате неправильные по форме глыбы со временем превращаются в почти правильные шары, напоминающие каменные пушечные ядра. В Восточной Сибири, в долине реки Нижняя Тунгуска, на пластовых базальтовых интрузиях — силлах — такие шары разбросаны в огромном количестве. Их даже принимали за валуны, обкатанные рекой.
Разрушающее действие на горные породы в пустыне оказывают кристаллики солей, образующиеся при испарении воды в тончайших трещинках и увеличивающие давление на их стенки. Капиллярные трещинки под действием этого давления расширяются, и монолитность породы нарушается.
В полярных областях расклинивающее воздействие замерзающей воды на горные породы особенно велико. Чем больше в породе пор, способных заполняться водой, тем быстрее она разрушается. В высокогорных областях скалистые вершины, как правило, разбиты многочисленными трещинами, а их подножия скрыты шлейфом осыпей, которые сформировались за счёт выветривания.
Поскольку прочность и монолитность даже у одной и той же горной породы разная, то одни её участки поддаются выветриванию быстрее, чем другие. Такое избирательное выветривание приводит к образованию углублений, ямок, ниш, и горные породы приобретают ячеистый облик. Так, например, в Крыму, в окрестностях Бахчисарая, в песчанистых известняках верхнемеловой эпохи наблюдается неравномерное окремнение (т.е. замещение кремнезёмом). Более плотные, окремнённые участки горных пород выступают, а более рыхлые выветриваются быстрее и образуют небольшие углубления — ячеи.
Благодаря избирательному выветриванию появляются разнообразные «чудеса природы» в виде арок, ворот и т.д., особенно в пластах песчаников, — например, знаменитая гора Кольцо около Кисловодска на Северном Кавказе, которой любовался Михаил Юрьевич Лермонтов.
На склоне горы Демерджи в Крыму находится заповедник с каменными «истуканами» — огромными столбами высотой в десятки метров, образованными в конгломератах (т.е. сцементированных галечниках) верхней юрьь Неравномерная цементация конгломератов в результате избирательного выветривания привела к формированию разнообразных колонн, «грибов», * идолов» и других причудливых форм рельефа.
Для многих районов Кавказа и других гор очень характерны так называемые «истуканы» — пирамидальные столбы, увенчанные крупными камнями, даже целыми глыбами размером 5—10 м и более. Эти глыбы предохраняют от выветривания и размыва нижележащие отложения (образующие столб) и похожи на шляпки гигантских грибов.
На северном склоне Эльбруса около знаменитых горячих источников Джилысу есть овраг, называемый Кала-кулак, что по-балкарски означает «овраг замков». «Замки» представлены огромными столбами, сложенными относительно рыхлыми вулканическими туфами. Эти столбы увенчаны крупными глыбами лав, раньше слагавшими морену — ледниковые отложения, возраст которых 50 тыс. лет. Морена впоследствии разрушилась, а часть глыб сыграла роль «шляпки» гриба, предохранившей «ножку» от размыва. Такие же «пирамиды» есть и в долинах рек Чегем, Терек и в других местах Северного Кавказа.
Необходимо напомнить, что и современная хозяйственная деятельность человека также усиливает процессы физического выветривания. Когда при вспашке сдирается дёрн на миллионах гектаров, вырубаются леса, кустарники, осушаются болота, прокладываются дороги, туннели, роются гигантские карьеры, всё это нарушает природное равновесие. Эрозия (разрушение пород водными потоками) и выветривание начинают происходить быстрее.
