Рельеф областей плейстоценового материкового оледенения

В течение геологической истории Земли не раз возникали усло­вия, при которых формировались крупнейшие покровы материко­вых льдов, распространявшиеся на многие миллионы квадратных километров.

В настоящее время наиболее детально изучены следы четвер­тичного оледенения в Европе и в Северной Америке. Установлено, что в Европе, в частности на Русской равнине, в четвертичное время было не менее четырех эпох оледенений, разделявшихся эпо­хами временного потепления — межледниковьями. В советской ли­тературе эпохи оледенения получили названия окского, днепровско­го, московского и валдайского оледенений. Межледниковья также имеют свои названия: окско-днепровское называется лихвинским, днепровско-московское—рославльским (или одинцовским), мос­ковско-валдайское—микулинским.

В областях древнего материкового оледенения устанавливалась определенная зональность климата и геоморфологических процес­сов. Черты этой зональности запечатлелись в рельефе областей недавнего материкового оледенения, в пределах которых выделя­ются следующие зоны: а) зона преобладающей ледниковой денуда­ции, б) зона преобладающей ледниковой аккумуляции и в) перигляциальная зона. Последняя располагалась с внешней стороны ледникового покрова (рис. 83).

Рассмотрим кратко строение перечисленных зон на примере восточноевропейского ледникового покрова. Зоной преобладающей ледниковой денудации для этого ледникового покрова была Фенноскандня, или территория Балтийского щита. Здесь, как известно, на большей части территории обнажаются докембрийские кристал­лические породы, а вдоль западного побережья Скандинавского полуострова—породы кембрия и силура, смятые во время каледонской складчатости.

Выходы коренных пород подверглись ледниковой обработке, причем ледник в своем движении приспосабливался к древним структурам, и это нашло отражение в ориентировке созданных им денудационных форм рельефа.

Из денудационных форм рельефа прежде всего следует отме­тить скалистые гряды с ледниковой обработкой—так называемые сельги— и примерно параллельно им вытянутые впадины, занятые в настоящее время озерами. Озер здесь особенно много, недаром Финляндию и Карелию называют «странами тысяч озер». Анализ строения гряд и впадин показывает, что многие из них обусловле­ны разломной тектоникой, т. с. ледник лишь подверг обработке гряды, склоны и днища впадин, но не создал сколько-нибудь круп­ных новых выработанных форм.

Более мелкие денудационные формы с ледниковой обработкой — это уже описанные выше бараньи лбы, скопление которых обра­зует рельеф «курчавых скал». На склонах гряд и бараньих лбов выделяются ледниковые «шрамы»—царапины.

Специфична морфология речных долин области преобладаю­щего ледникового сноса. Они, как правило, неглубоко врезаны, имеют невыработанный продольный профиль, на них много поро­гов и быстрин, но отсутствуют водопады (следствие сглаживаю­щей работы ледника). В плане речные долины имеют четковидное строение, многие из них являются протоками, соединяющими со­седние озера.

В пределах описываемой области имеются и аккумулятивные формы, сохранившиеся со времени последнего оледенения. Так, крупный комплекс краевых аккумулятивных форм типа конечных морен отмечен в южной Финляндии. Это полоса гряд, получившая местное название Сальпаусселькя. Она образовалась во время последней задержки валдайского ледникового покрова, незадолго до его полного исчезновения.

К северу, а местами и к югу от этой гряды часто встречаются узкие, похожие на железнодорожные насыпи извилистые гряды, ориентированные более или менее по нормали к грядам Сальнаус-селькя. Это озы. Они протягиваются на десятки километров при ширине от нескольких десятков до 150 м. Высота гряд достигает 50 и даже 100 м, углы наклона склонов—30—45°. Интересно, что в своем расположении озы совершенно не считаются с современ­ным рельефом. Они могут пересекать гряды, перегораживать озе­ра и т.д. Озы рассматривают как аккумулятивные формы флювио-гляциального происхождения. Они состоят из наносов флювиогля-циальных внутриледниковых или подледниковых потоков, которые в результате таяния ледника спроектировались на подстилающую поверхность. Материал, слагающий озы, представлен косослоистыми песками, гравием и галькой, часто встречаются скопления валунов. Эти формы используются в практических целях: для до­бычи строительных материалов, прокладки дорог по их наиболее возвышенным частям, поскольку зачастую только озы могут быть использованы для этого в лабиринте озер и болот, занимающих едва ли не большую часть поверхности Финляндии.

Зона преобладающей ледниковой аккумуляции в зависимости от степени сохранности форм аккумулятивного гляциального рель­ефа может быть подразделена на несколько подзон. Сохранность форм в свою очередь обусловлена временем ухода ледника с той или иной территории.

Самая древняя ледниковая эпоха— окская— не оставила на Русской равнине сколько-нибудь заметных следов в ее рельефе, О существовании этой ледниковой эпохи можно судить лишь по со­хранившимся в единичных обнажениях выходам морены, лежащей стратиграфически ниже отложений днепровского оледенения. Сле­дующая ледниковая эпоха— днепровская—была эпохой макси­мального оледенения. Край ледника спускался далеко на юг по до­линам Днепра и Дона. В качестве следов его существования сохра­нились лишь суглинки основной морены и редкие валуны. Местами перед краем ледника расстилаются поля песчаных приледниковых флювиогляциальных отложений. Это зандры. В долине Днепра, близ г. Канева, свидетелями днепровского оледенения являются напорные морены, так называемые Каневские гляциодислокации.

Значительно лучше сохранились следы предпоследнего— мос­ковского оледенения, южная граница которого проходила в окрест­ностях Москвы. Здесь уцелел холмисто-западинный рельеф основ­ной морены, сохранился почти сплошной покров ледниковых отло­жений, ряд конечно-моренных образований. Местами (например, к западу от Москвы) сохранился камовый рельеф. Камами назы­вают холмы в пределах ледниковой аккумулятивной равнины, сложенные слоистыми флювиогляциальными отложениями. Холмы имеют вид округлых конусовидных куполов часто с плоскими вер­шинами. Склоны холмов обычно крутые—до 45°. Считают, что камы по генезису близки к озам, но образовались в расширениях внутри ледниковых и подледниковых потоков. Согласно другой точке зрения, камы сформировались на месте бывших надледниковых или подледниковых озер. В обоих случаях, как полагают мно­гие исследователи, формирование камов происходило в условиях дегляциации, т. с. распада и таяния ледников, когда образовыва­лись обширные участки «мертвого» (потерявшего способность к движению) льда.

Очень хорошо сохранились аккумулятивные формы последне­го— валдайского оледенения. Главные черты рельефа в пределах полосы аккумуляции валдайского ледникового покрова обусловле­ны основной мореной, представляющей сочетание многочисленных холмов неправильных очертаний и разделяющих их западин. По­добный рельеф получил название холмисто-западинного моренного рельефа. Довольно многочисленны озера, приуроченные к западинам. Много конечно-моренных образований, фиксирующих стадии отступания ледника. В северной части описываемой обла­сти (в окрестностях Ленинграда, в Эстонии) сохранился своеобраз­ный друмлинный ландшафт. Друмлинами называют вытянутые (длиной от 1 до 15 км), асимметричные холмы, ширина которых колеблется от 100—200 м до 2—3 км, высота—от 5 до 25 м. Длинные оси друмлин расположены в направлении движения льда, крутыми у друмлин могут быть как склоны, обращенные в сторону ледника, так и противоположные (дистальные). Сложе­ны друмлины моренным материалом. Предполагают, что их обра­зование связано с заполнением обломками трещин в краевой части ледника и последующим проектированием этих скоплений на по­верхность основной морены. В некоторых случаях в друмлинах вскрывается ядро из коренных пород, поэтому возможно, что меха­низм их образования подобен формированию напорных морен: лед­ник останавливается перед выступом коренных пород или древних ледниковых отложений и сгружает моренный материал перед пре­пятствием и за ним.

В областях аккумуляции встречаются отторженцы— глыбы горных пород размером от нескольких метров до сотен метров, пе­ренесенные ледником на расстояние до нескольких сотен километ­ров. Таков, например, отторженец на реке Ловати, состоящей из нижнепалеозойских пород, принесенных из области Балтийско-Ладожского глинта.

После исчезновения ледникового покрова моренный рельеф подвергся и продолжает подвергаться переработке главным обра­зом склоновыми и флювиальными процессами. Происходит сглажи­вание первичноледникового моренного рельефа: выполаживание склонов моренных холмов, заполнение моренных западин, зара­стание озер и превращение их в болота, расчленение моренной рав­нины эрозионной сетью. На месте первичной моренной равнины возникает «вторичная» моренная равнина.

Степень переработки моренного рельефа проявляется не только в изменении ледниковых форм, но и в морфологии речных долин. Так, в пределах Финляндии, территория которой была покинута ледником примерно 10 тыс. лет тому назад, речная сеть не выра­ботана, реки слабо врезаны, продольный профиль их изобилует неровностями разного масштаба. В области аккумуляции послед­него (валдайского) оледенения хорошо видно приспособление реч­ных систем к холмисто-западинному ландшафту. В целом же здесь речная сеть более зрелая, продольный профиль почти выработан, в речных долинах отмечается одна - две террасы. В зонах аккуму­ляции более древнего—московского оледенения для речной сети характерны зрелые долины со значительным числом террас, выработанность продольного профиля, значительная переработка лед­никовых форм. В области распространения еще более древнего— днепровского оледенения ледниковый рельеф переработан пол­ностью.

Перигляциальная зона, хотя и располагается вне пределов рас­пространения ледника, характеризуется комплексом форм и типов рельефа, в той или иной степени связанных с деятельностью ледни­ка. К их числу относятся: зандровые равнины, долинные зандры, ложбины стока талых ледниковых вод, приледниковые озера, древ­ние материковые дюны, реликтовые микроформы, связанные с мерзлотными явлениями.

Зандровые равнины, или зандры — пологоволнистые равнины, располагающиеся перед внешним краем конечноморенных ледниковых образований. Они представляют собойслившиеся пологие плоские конусы выноса большого радиуса, фор­мировавшиеся потоками, оттекавшими от края ледника. Сложены зандры галечниками, гравием, песками, являющимися продуктами перемыва морены. В СССР зандры развиты в Полесье, в Мещер­ской и Западно-Сибирской низменностях.

По мере сосредоточения стока в вырабатываемых потоками понижениях вместо площадных зандровых равнин стали формиро­ваться линейные формы— долинные зандры. По составу слагаю­щего их материала они аналогичны зандрам. В современном рель­ефе представлены верхними террасами речных долин, которые ранее примыкали к краю ледника.

Широким распространением в пределах перигляциальной зоны пользуются ложбины стока талых ледниковых вод разных разме­ров: от небольших, шириной несколько десятков или сотен метров, до очень крупных отрицательных линейных форм, ширина которых достигает 30 км. В современном рельефе это плоскодонные пони­жения, часто с нечетко выраженными склонами, постепенно перехо­дящими в поверхности междуречий. Одни ложбины стока форми­ровались потоками, направляющимися от края ледника на юг, дру­гие возникли там, где талые воды вследствие отсутствия стока на юг стекали параллельно краю ледника. Наиболее четко такие ложбины выражены в рельефе Северо-Германской низменности и на территории Польши, где установлены четыре крупные ложби­ны, приуроченные к Граниным разных оледенений. Отдельные участки ложбин используются в настоящее время Вислой, Одрой, Эльбой и другими более мелкими реками. Ложбины сто­ка выполнены мощными толщами флювиогляциальных песков и галечников.

В ряде мест у края ледника образовывались приледниковые озера, от которых в современном рельефе кое-где сохранились береговые валы и уступы, а также плоские пространства (бывшие днища), сложенные озерными отложениями, в том числе такими характерными для этих озер образованиями, как ленточные глины.

Широкое развитие в перигляциальной зоне песчаных отложе­ний, не закрепленных растительностью, способствовало образова­нию эоловых форм рельефа, среди которых наиболее распростра­нены параболические дюны. Образовались эти формы из попереч­ных (к ветру) валообразных дюн при закреплении концов пе­ремещаемого ветром песчаного вала растительностью или фикса­ции влажным субстратом. Середина дюн, обладающая большей массой песка, притом более сухого, продолжала двигаться вперед. Таким путем возникла дуга, открытая навстречу ветру. Внутренний склон дуги пологий (2—12°), внешний—крутой (16—30°). Длина дюн достигает нескольких километров, высота 10—20 м. В процес­се развития некоторые параболические дюны превратились в па­раллельные валообразные дюны, встречающиеся на территории Швеции, Польши, СССР (в Полесье, Ленинградской, Калининской, Горьковской и других областях), т. е. там, где при современных климатических условиях рельефообразующая деятельность ветра ничтожна.

Формы рельефа мерзлотного происхождения, реликты которых сохранились в пределах бывшей перигляциальной зоны, охаракте­ризованы в следующей главе при рассмотрении особенностей рельефообразования в условиях распространения вечной мерзлоты.

ЛЕКЦИЯ 14. РЕЛЬЕФООБРАЗОВАНИЕ В ОБЛАСТЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ И СТРОЕНИЕ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

В странах с отрицательными зимними температурами зимой грунт промерзает. Это явление называется сезонной мерзлотой. Однако на Земле на огромной площади (около 25% всей суши) сущест­вует и так называемая вечная мерзлота. В районах вечной мерзло­ты промерзший грунт никогда при современных климатических условиях не оттаивает. Самые большие площади, занятые вечной мерзлотой, располагаются в Канаде и в СССР. В Советском Союзе она распространена почти на 50% территории.

Мощность промерзшего слоя колеблется от нескольких метров до сотен метров, достигая местами 1000 м (например, в Якутии).

В летнее время самые верхние горизонты вечномерзлой толщи оттаивают, зимой снова замерзают. Неоднократный переход воды из одного фазового состояния в другое сообщает неустойчивость, подвижность поверхностной толще. В результате возникают различные формы движения грунта и различные формы рельефа, свойственные только областям вечной мерзлоты. Слой сезонного промерзания и оттаивания, мощность которого изменяется от 1 до 4м, получил название деятельного слоя. Ниже его залегает собственно вечномерзлый слой. Слои отличаются друг от друга в летнее время, зимой они не имеют четко выраженной границы.

Лед в мерзлом грунте присутствует в различных формах: в форме ледяного цемента (замерзшие поровые и капиллярные воды), ледяных включений и крупных ледяных тел — линз или жил. По условиям образования вечномерзлые грунты могут быть сингенетическими и эпигенетическими. Сингенетические мерзлые грунты образуются одновременно с осадконакоплением. Эпигенетическими мерзлыми грунтами называются такие отложения, которые промерзли уже после накопления.

Для различных мерзлотных рельефообразующих процессов важное значение имеют подземные или грунтовые воды, которые подразделяются на надмерзлотные, циркулирующие в деятельном слое, межмерзлотные, образующие внутри вечной мерзлоты линзы или зоны оттаивания (так называемые «талики»), и подмерзлотные, расположенные ниже нижней границы мерзлоты. Наибольшее разнообразие деформаций мерзлых грунтов и соответствующих форм рельефа связано с деятельностью надмерзлотных вод.

МЕРЗЛОТНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И МЕРЗЛОТНЫЕ ФОРМЫ РЕЛЬЕФА

Наиболее распространенный тип деформации мерзлых грунтов—пучение, связанное с увеличением объема грунта в результате перехода воды из жидкой фазы в твердую. Возникающие при этом положительные формы рельефа называются буграми пучения. Высота их обычно не более 2,0 м. Часто в вершинной части они разбиты радиальными морозобойными трещинами. Если бугры пучения образовались в пределах торфянистой тундры, возникают условия, благоприятствующие нарастанию торфа, и ледяные или мерзлые ядра таких бугров, а вместе с ними и сами бугры, получившие название торфяных, могут существовать долгое время. Торфяные бугры образуют группы, но встречаются и одиночные бугры. Высота их от 3 до 7м, форма различная, но чаще округлая, склоны и вершины обычно изрезаны трещинами. Торфяные бугры часто отделены друг от друга извилистыми болотистыми каналами.

При подтоке к месту пучения межмерзлотных или подмерзлотных вод образуются очень крупные бугры с ледяным ядром. Из трещин в торфяном покрове бугров в летнее время вытекает вода. Такие бугры нередко называют гидролакколитами. Высота гидролакколитов до 70 м, диаметр основания до 200 м. В СССР для обозначения таких бугров распространен термин «булгуннях». Булгунняхам тождественны пинго, встречающиеся на Аляске.

Если подземные воды (межмерзлотные или подмерзлотные) находят выход на поверхность, они образуют особые ледяные формы рельефа — наледи. Наледи часто образуются и в речных долинах при промерзании рек до дна. Такие наледи называют тарынами. Крупные наледи сохраняются в течение большей части лета. Геоморфологическое значение их заключается в том, что в районе наледей особенно энергично протекает морозное выветривание пород, слагающих склоны долины, таяние наледей ведет к интенсивной солифлюкции грунта.

Для микро- и мезорельефа областей с вечной мерзлотой характерны так называемые структурные грунты—формы рельефа, возникающие в результате сортировки неоднородной грунтовой массы, насыщенной водой, при многократном ее замерзании и оттаивании. Среди них различают: каменные многоугольники, каменные кольца, каменные полосы (рис. 87). Наиболее часто встречаются каменные многоугольники—слегка выпуклые участки (пятна) вязкого мелкозема, окруженные валиками камней. Если каменные валики соседних пятен не касаются друг друга, образуются каменные кольца. Поперечник каменных колец и многоугольников в полярных тундрах колеблется чаще всего от 1 до 2м, в гольцовом поясе гор — от 0,25 до 0,5 м. Ширина каменного бордюра 30—50 см.

Сортировка материала при образовании каменных колец и многоугольников происходит путем вымораживания более крупных обломков и смещения их к краям пятен, состоящих из мелкозема.

На наклонных поверхностях под влиянием солифлюкции каменные многоугольники приобретают продолговатую форму, вытягиваясь сверху вниз по склону в виде фестонов, при более крутом падении они превращаются в каменные полосы, чередующиеся с полосами из мелкозема. Ширина полос может варьировать в значительных пределах — от 5 см до 5м.

При попеременном замерзании и оттаивании однородных глинистых грунтов в тундре часто образуются пятна—медальоны. Это «голые» (лишенные растительности) глинистые пятна округлой или неправильной формы, величина которых колеблется от 0,5 м до нескольких метров в диаметре, рассеянные во множестве по покрытой растительностью поверхности тундры. Поверхность пятен плоская или возвышается над задернованными участками на 5—20 см. Тундру с таким рельефом образно называют пятнистой или медальонной. Возникновение пятен связывают с прорывом по трещинам на поверхность жидких глинистых грунтов, зажатых между двумя мерзлыми, постепенно сближающимися слоями мерзлоты — сезонной и многолетней. Таким образом, пятна-медальоны — это нечто вроде миниатюрных грязевых вулканчиков.

В полярных странах встречаются и другие типы структурных грунтов, в том числе полигональные. Это формы микрорельефа, представляющие собой правильные многоугольники (чаще всего пяти- и шестиугольники) диаметром до нескольких метров, разделенные трещинами. Образование полигональных грунтов связано с возникновением морозобойных трещин в условиях однородного мелкоземистого грунта. Сдавливаемая со всех сторон масса мелкоземистого грунта внутри полигона формирует слегка выпуклую поверхность. Морозобойным трещинам соответствуют понижения в рельефе. Такие формы возникают в том случае, если трещины не проникают глубже сезоннопромерзающего.слоя грунта.

Если морозобойные трещины проникают глубже, в них образуются ледяные клинья, не успевающие растаять за теплый сезон года. С течением времени они растут (и в глубину, и в ширину), разбивая мерзлую породу на отдельные блоки. Если вмещающая растущие клинья порода достаточно пластична, она выжимается в стороны и вверх по контакту с ледяными клиньями, образуя валики. Так возникают валиковые вогнутые полигоны. Высота валиков колеблется от 0,2 до 0,75 м, ширина трещин, разделяющих блоки, достигает 1,0 м, а поперечник полигонов—25 – 30 м. На рыхлых грунтах ровных поверхностей пойм, речных и морских террас наблюдаются и более крупные формы подобного типа — так называемые тетрагональные грунты. Валообразные гребни у них достигают 2,0 м высоты, а поперечник ровных площадок полигонов—100—200 м. А. И. Попов наблюдал в Западно-Сибирской низменности и Большеземельской тундре тетрагональные блоки, размеры которых достигали 300, 500 и даже 1000 м в поперечнике. Это уже формы не микро-, а мезорельефа.

Рассмотренные формы рельефа областей с вечномерзлыми грунтами связаны с накоплением льда или обломочного материала и их поэтому можно рассматривать как аккумулятивные формы мерзлотного рельефа. Реликты таких образований встречаются в перигляциальных зонах областей бывшего наземного оледенения, в том числе и в ископаемом состоянии в разрезах, в виде так называемых криотурбаций.

Денудационные формы мерзлотного рельефа связаны с таянием льда, с деградацией вечной мерзлоты. При этом образуются разнообразные просадочные формы. Величина термокарстовых форм варьирует в больших пределах: от нескольких метров до многих десятков километров в поперечнике и от долей метра до десятков метров глубины. Термокарстовые процессы в областях распространения вечной мерзлоты в ряде случаев развиваются под влиянием деятельности человека: после рубки леса, под пашней, при рытье канав, на участках лесных пожаров и т. д. Типичные карстовые формы в условиях вечной мерзлоты редки, а на равнинах с маломощным деятельным слоем—отсутствуют. С оттаиванием мерзлоты связаны термоабразионные и термоэрозионные формы.

Термоабразией называется термическое воздействие морского волнения на берега, сложенные вечномерзлыми грунтами. При этом у линии берега вырабатывается ниша вытаивания. По мере углубления ниши нависающий над ней карниз обрушивается, формируется термоабразионный клиф. Термическая абразия всегда сопровождается солифлюкционными процессами.

Термоэрозионные формы — это ложбины, овраги, долины, возникающие благодаря не только механическому и химическому, но и термическому воздействию поверхностных водных потоков на дно и берега, сложенные мерзлыми грунтами. Следует отметить, что в условиях вечной мерзлоты такие эрозионные формы, как рытвины и овраги, растут очень быстро. Эрозионные формы часто закладываются вдоль термокарстовых понижений или по трещинам полигональных грунтов. В последнем случае образуются, весьма специфичные формы рельефа—байджарахи—останцы мерзлого грунта, слагавшего ядро (блок) мерзлотного полигона. Размеры байджарахов от одного до многих метров по высоте и от 3 до нескольких десятков метров в диаметре основания.

Своеобразны и реки областей с вечномерзлыми грунтами. Летом они многоводны. Многоводность их обусловлена таянием мерзлых грунтов, с одной стороны, и отсутствием фильтрации воды в грунт, с другой (препятствует мерзлота). Благодаря многоводности реки обладают большой живой силой, поэтому они интенсивно расширяют свою долину. Этому способствует и термическое воздействие воды на мерзлые грунты, слагающие берега. Блуждание рек и связанное с ним расширение долин вызывается также накоплением осадков выше участков, промерзающих до дна.

Быстрое расширение долин приводит к тому, что поймы рек перестают заливаться даже в высокие паводки и превращаются в невысокие надпойменные террасы. На участках широтного течения рек четко выражена асимметрия склонов долин, обусловленная экспозицией: склоновые процессы на склонах северной и южной экспозиции происходят с разной интенсивностью.

Широко распространены в областях с вечномерзлыми грунтами солифлюкционные процессы, альтипланация и создаваемые ими формы рельефа.

Таким образом, области распространения вечной мерзлоты отличаются своеобразием и большим разнообразием форм микро- и мезорельефа, пространственное соотношение которых представлено на идеализированной схеме.