Основные гипотезы о формировании рельефа Земли

Понятие "эндогенные процессы" (от гр. endоп — внутри и gепs — род, происхождение) объединяет химические и физичес­кие процессы, происходящие во внутренних слоях Земли, связанные с радиоактивным распадом, химическими превращениями, гравита­ционными перемещениями и т.д. На поверхности Земли эндогенные процессы проявляются в вертикальных и горизонтальных движе­ниях земной коры, сейсмических и вулканических явлениях. Эндо­генные процессы создают основные черты земной поверхности, "ске­лет рельефа", состоящий из сочетания морфоструктур разного гене­тического ранга.

Лик Земли, т.е. расположение материковых глыб и океаничес­ких впадин, горных систем и низин, неоднократно менялся в тече­ние геологической истории. Существует несколько гипотез, по-раз­ному трактующих причины и следствия тектонических движений.

Гипотеза вертикальных движений, выдвинутая в XVIII веке М.В. Ломоносовым и шотландским ученым Д. Геттоном, была при­нята в XIX веке А. Гумбольдтом и сейчас не потеряла своего значе­ния, хотя не может объяснить многие черты рельефа, в частности образование складчатых зон.

Основоположник научной геологии Ч. Лайсль в книге "Ос­новы геологии" (1830) выдвинул теорию актуализма в эволюции рельефа, которая сводится к преобладанию медленного и непрерыв­ного изменения земной поверхности под влиянием совокупности процессов, составляющих основу денудации.

Контракционная теория, господствующая в XIX веке, построе­на на космогонической гипотезе Канта и Лапласа. Ее основополож­ники — французский ученый Эли де Бомон, австрийский геолог Э. Зюсс — главную роль в формировании лика Земли отводили горизонтальным и вертикальным силам сжатия, связанным с процес­сом остывания Земли и образования ее коры. Эта теория не объяс­няла причин периодичности процессов горообразования в геологи­ческой истории.

Пульсационная гипотеза (американский геолог В. Бухер, со­ветский ученый М.А. Усов) рассматривает формирование основных элементов рельефа Земли как результат чередования эпох сжатия и растяжения земной коры. При растяжении формируются геосинк­линали и океанические впадины, при сжатии образуются горы, а плат­формы освобождаются от мелководных морских бассейнов. Эта те­ория с существенными дополнениями принималась также В.А. Об­ручевым. Однако в ней имеется серьезный недостаток: известно, что процессы сжатия и растяжения на Земле проявляются одновре­менно, но в разных местах. Построенная на диалектическом прин­ципе борьбы противоположных сил, пульсационная теория не утра­тила значения и для современной науки.

Гипотеза горизонтального перемещения материков (мобилизм) связана с именами немецкого геофизика А. Вегенера и американско­го ученого Ф. Тейлора (рис. 8). В начале 20-х годов XX века она получила очень большое распространение, так как привлекала дока­зательствами (внешними, видимыми) сходства очертаний материков, общих черт геологического строения участков суши, разъединен­ных океанами. Однако эта гипотеза не объясняла причин дрейфа континентов.

Гипотеза глубинной гравитационной дифференциации разра­ботана В.В. Белоусовым в соответствии с космогонической теори­ей О.Ю. Шмидта. Формирование основных черт рельефа Земли объяс­няется радиоактивным распадом, разогревом вещества внутри Зем­ли и его дифференциацией под влиянием законов гравитации и вертикальных перемещений. Основные принципы этой гипотезы прогрессивны, хотя она и не лишена недостатков (недоучет горизон­тальных движений, в том числе, в геосинклиналях и др.).

Большое значение в науке приобрела гипотеза новой гло­бальной тектоники литосферных плит (неомобилизм). Согласно этой гипотезе, земная кора вместе с частью верхней мантии разбита сверх­глубинными разломами на крупные жесткие глыбы— литосферные плиты толщиной более 100 километров, которые перемещаются по поверхности астеносферы в горизонтальной и вертикальной плос­костях относительно друг друга. Границы между плитами фиксиру­ются линиями продольных осей срединно-океанических хребтов, в которых расположены глубинные рифтовые разломы. Последние служат осями спрединга, т.е. расширения земной коры. Материалы, полученные за последние десятилетия с помощью новейших мето­дов исследования, подтвердили, что магматические породы, поднима­ющиеся по линии рифтового разлома, имеют очень молодой возраст. Зона спрединга фиксируется магнитными аномалиями, высокими показателями теплового потока, сейсмическими и вулканическими явлениями Таким образом, в рифтовых впадинах конструируется новая (молодая) океаническая земная кора. Процесс раздвижения плит сопровождается поднятием крупных блоков земной коры под влиянием поддвигания (субдукции) или надвигания (обдукции) оке­анической плиты под материковую. Движущей силой спрединга являются подкоровые тепловые конвекционные течения в мантии Земли, имеющие вид замкнутых кругов. Геосинклинали возникают в тех местах, где два нисходящих потока смыкаются, происходит формирование коры материкового типа, складкообразование. В мес­тах расхождения восходящих потоков преобладает растяжение и подъем магмы к поверхности.

ГЛАВА 2.

Типы движений земной коры

И материковые формы рельефа

Данные геофизики свидетельствуют о разнообразии строения земной коры, которую разделяют на кору материкового, океаничес­кого и переходного типов. Кора материкового типа отличается зна­чительной мощностью, достигающей в горных районах 70 километ­ров (в среднем 35 километров) Обычно сверху она образует оса­дочный слой различной мощности и состава. Осадочный слой не сплошной. В низинах (Каспийская, Полесская) его мощность дости­гает 5-10 километров, в пределах поднятий (Воронежский горст) он уменьшается до нескольких десятков метров, а в щитовых обла­стях (Балтийский, Украинский) вовсе отсутствует. Ниже осадочных пород залегает гранитный слой, представ­ленный кристаллическими кислыми породами. Под молодыми гор­ными системами его мощность достигает 50 километров, в пределах равнин сокращается до 15-20 километров.

Под гранитным залегает сплошной базальтовый слой, мощно­стью 15 — 20 километров.

Кора океанического типа заметно отличается по составу и мощности, которая везде не превышает 10 километров и распрос­траняется в пределах ложа Мирового океана. Верхний слой коры этого типа представлен мягкими океаническими осадочными поро­дами, мощностью несколько сотен метров, под которой залегает про­межуточный слой (второй слой), состоящий из уплотненных осадоч­ных пород, пронизанных базальтами. Основу океанической коры составляют базальты и близкие к ним основные породы (габро, нориты), мощностью 4-7 километров.

В современных геосинклинальных зонах выделяется кора пе­реходного типа очень пестрого, сложного строения. В морфологи­ческом отношении переходная кора включает три основные элемен­та: котловины глубоководных морей (Карибское, Японское), остро­вные дуги (Малые Антильские, Японские острова) и глубоководные желоба (Яванский, Марианский). Для этого типа коры характерно близкое соприкосновение с материковой, с одной стороны, и океани­ческой, с другой. Характерно также проявление сейсмических и вул­канических явлений.

В современной научной и учебной литературе выделяется также особый тип земной коры под срединно-океаническими хреб­тами, которую принято называть рифтогенным.

Рифтогенный тип земной коры залегает под осадочным или промежуточным слоем пород. Здесь происходит смешение веще­ства коры и мантии, о чем свидетельствует скорость прохождения упругих сейсмических волн (7,3-7,6 км/сек), что менее, чем в мантии, но более, чем в базальтовом слое.

Современный лик Земли оформился сравнительно недавно, за период мезозой—кайнозой. В самом общем виде в рельефе выделя­ются две высотные ступени — материковая и океаническая, соответствующие вышеназванным типам земной коры. Площадь мате­риков, включая подводную окраину и кору переходного типа, состав­ляет около 230 миллионов квадратных километров. Материки — сложные геологические образования, сформированные в течение длительной эволюции литосферы.

Наиболее древние (докембирийские), относительно устойчи­вые основания (ядра) материков — платформы; наиболее молодые, подвижные в геологическом понятии — геосинклинали. Древние платформы представлены высокими денудационными, низкими ак­кумулятивными равнинами, сложенными типичной материковой ко­рой. К их числу относятся: Африкано-Аравийская, Южно-Американ­ская (Бразильская), Индостанская (Деканская), Восточно-Европейс­кая (Русская), Северо-Американская (Канадская), Сибирская, Восточно-Китайская, Южно-Китайская, Австралийская, Антарктичес­кая. Древние платформы характеризуются преобладанием эпейрогенических движений. Поднятия, расчлененные речными долинами и погружения охватывают огромные территории. Возникающие при этом антеклизы и синеклизы соответствуют возвышенностям и низменностям. Например, Прикаспийская и Амазонская низменно­сти фиксируют одноименные синеклизы, Белорусская антеклиза и Волыно-Подольская возвышенности соответствует поднятию кристаллического фундамента, а Средне-Русская — Воронежскому горсту. Медленные колебательные движения платформ могут иметь не только тектоническую, но также эвстатическую и изостатическую причинность, связанную с климатическими колебаниями уровня оке­ана или увеличением (уменьшением) механической нагрузки на материк мощных осадочных пород, ледниковых щитов и т.д.

В пределах древних платформ наряду с денудационными и аккумулятивными равнинами отмечаются и горы, связанные, глав­ным образом, с кристаллическими щитами. Такие горы чаще всего не имеют вытянутой ориентировки, их форма носит характер непра­вильного монолита, а возникновение связано с разрывной и взрыв­ной тектоникой (дизъюнктивной дислокацией), которая не всегда согласуется с древней структурой щитов. Образуя изолированные поднятия, ограниченные щитами, такие горы получили собственные названия: Гвианское нагорье, нагорье Ахаггар, Тибести.

В некоторых случаях на щитовых горах обнаруживаются под­нятые отпрепарированные магматические образования типа Хибин­ских лакколитов.

Таким образом, горные поднятия древних платформ делятся на: тектонические горы с невыраженной древней структурой и эро­зионные, обусловленные глубоким врезанием рек (Среднесибирс­кое плоскогорье).

Вторая категория глобальных структур — молодые платфор­мы, возникшие на месте каледонских, герцинских, мезозойских склад­чатых областей. В их рельефе существенное место также занимают аккумулятивные и денудационные равнины, плато, плоскогорья. На­пример, плато Устюрт представляет собой денудационную равнину на герцинском основании, а Казахский мелкосопочник — на палеозойских складчатых структурах. Типичными аккумулятивными рав­нинами (плитами) на молодой платформе могут служить Западно-Сибирская и Индигирско-Колымская низменности.

Вместе с тем, для молодых платформ типично широкое рас­пространение горного рельефа. Горы чаще всего утратили тектони­ческую активность, но продолжают контролировать наиболее высо­кие отметки рельефа и имеют линейную ориентировку. К их числу можно отнести Аппалачи, Урал. Несмотря на глубокий срез древних пород, молодые платформы, как правило, четко связаны с докембрийскими. В горах мезозойского возраста (Капские горы, горные систе­мы Северо-Востока Азии) древние структуры срезаны неглубоко и определяют все черты современного рельефа. Наконец, к горам молодых платформ относятся системы, созданные проявлением сбро­совой тектоники. В их рельефе проявления тектоники часто не со­впадают с древними структурами и строение поверхности приобре­тает специфические черты. Типичны в этом отношении горы Цен­тральной Европы и Скандинавские.

В рельефе гор молодых платформ, особенно линейно вытяну­тых, имеются различия, вызванные зональными экзогенными процес­сами. Например, Полярный Урал заметно отличается от Северного или Среднего благодаря распространению ледниковых форм.

Таким образом, среди гор молодых платформ можно выделить: горы с глубоко срезанной древней структурой, унаследованной после­дующими движениями и проявляющейся в современном рельефе, горы с неглубоко срезанной древней структурой, четко выраженной в со­временном рельефе, горы, образованные, главным образом, разрывной тектоникой с невыраженной древней структурой.

Наиболее значительные разрывные (дизъюнктивные) дисло­кации связаны с разрывом сплошности слоев и перемещением блоков литосферы. Глубинные и сверхглубинные разломы выразились в мега- и макроформах, например, формирование рифтовой впа­дины Красного моря, Калифорнийского залива. Горные системы сбросового типа получили распространение при повторном процес­се горообразования, которое сопровождалось появлением горст-антиклинориев и грабен-антиклинориев. Примером могут служить герцинские системы Средней Европы, в частности грабен Рейна и горсты — Шварцвальд и Вогезы.

Особая структурная категория материков — возрожденные гор­ные пояса или эпиплатформенные горы, которые характеризуются боль­шими абсолютными и относительными высотами, значительной текто­нической активностью. Эпиплатформенные горы образуются на мес­те древних пенепленизированных складчатых сооружений в результате интенсивных новейших и современных движений земной коры, круп­ных вертикальных перемещений блоков литосферы, проявления раз­рывной тектоники. Среди возрожденных эпиплатформенных горных поясов выделяются Восточноафриканский, Центральноазиатский и пояс Североамериканских Кордильер. Новейшими исследованиями установ­лено, что с эпиплатформенными областями связаны рифтовые пояса на материках, вдоль которых намечается начальный процесс разъеди­нения континентов и рождения новых океанов. Например, рифтовая зона Красного моря и Аденского залива рассекает крупное сводовое поднятие высотой 2000 - 3000 метров. Тектоническое происхождение разлома определяется максимальными для всей Земли положительны­ми аномалиями силы тяжести, очень высокими значениями теплового потока, выходами на дне горячих кислых рассолов, обогащенных метал­лами, проявлением сейсмизма и вулканизма (на Африканской сторо­не). Начало образования Аденского залива, по данным геомагнитной съемки, не более 10 миллионов лет; за это время полуострова Аравий­ский и Сомали раздвигались со скоростью 20 миллиметров в год. Южным продолжением рифта Красного моря служит Восточноафри­канский рифтовый пояс возрожденных гор. Он протягивается от реки Замбези через систему тектонических озерных котловин: Ньяса, Тан­ганьика, Киву, Альберт, и отличается высокой вулканической активно­стью (вулканы Килиманджаро, Меру). В районе Аденского залива рифтовая зона сливается со срединным хребтом Индийского океана. Типичные возрожденные горы — Эфиопское нагорье.

Центральноазиатский возрожденный горный пояс, испытав­ший особенно интенсивную тектоническую активность, включает крупнейшие горные системы: Тянь-Шань с вершиной Пик Победы (7439 метров), Куньлунь с горой Улугмузтаг (7723 метра), Карако­рум с вершиной Чогори (8611 метров). Амплитуды относительных высот между вершинами хребтов и коренным ложем впадин дости­гают 12 километров. Огромные пространства, занимаемые Централь-ноазиатским поясом, объединяют крупные нагорья и плато — се­верную часть Тибетского, Байкальское. На севере продолжением Центральноазиатского пояса является рифт срединного хребта Се­верного Ледовитого океана, а на юге — Байкальский рифт.

Не менее грандиозен возрожденный горный пояс Североаме­риканских Кордильер, который протянулся в меридиональном на­правлении от плато Юкон до Калифорнийского залива. Система рифтов этого пояса продолжается рифтовыми линиями Восточно-тихоокеанского срединного хребта.

Строение земной коры имеет свои особенности в переход­ных от материков к океанам геосинклинальных поясах, иначе гово­ря, в зонах проявления процессов современного горообразования. Живые геосинклинали концентрируются в Тихоокеанском и Среди­земноморском поясах. В течение длительного геологического вре­мени геосинклинали являются областями прогибания земной коры и накопления мошной серии осадочных пород. Этот этап сменяется интенсивным поднятием, в результате которого на периферии гео­синклинали формируются сложные складчатые структуры, а в центре — складчато-сбросовые горы, сложенные метаморфичес­кими породами, пронизанные магматическими интрузиями. В резуль­тате возникает мощная материковая кора. Под Гималаями, например, она достигает 80 километров. Процесс горообразования сопровождается интенсивными сейсмическими и вулканическими явлениями.

Хорошо выраженные пликативные движения являются резуль­татом горизонтальных перемещений. В рельефе преобладают складки различных типов и строения. Обычно антиклинории представлены поднятиями горных хребтов, а синклинории — межгорными впади­нами. В процессе длительной денудации нередко возникает инвер­сия рельефа, в результате которой антиклинали нивелируются, а заполненные рыхлыми породами синклинали создают высокие уча­стки горной страны. Складкообразование наиболее заметно прояв­ляется в орогенных поясах (геосинклиналях). Сочетание различно­го типа складок, сложенных неоднородными породами в различных климатических поясах, создают наиболее разнообразный горный ре­льеф, особенно в местах проникновения в осадочные толщи магма­тических пород и при сбросовых движениях.

Горный рельеф (горная система) включает многочисленные хребты, вытянутые линейно с хорошо выраженным гребнем, склона­ми и подножием. Высшие точки гребня составляют вершины, а по­нижения между ними называются седловинами.

Ряд авторов выделяет три основных морфоструктурных эле­мента в рельефе молодых гор альпийского орогенеза в постгеосинклинальной стадии развития.

1. Горы со сводово-складчатой и складчатой структурой, характе­ризуются максимальными высотами, сложной системой разло мов и очень глубоким эрозионным расчленением (Кавказ, Аль­пы, Гималаи). Своеобразие форм вызывается деятельностью рек, горным оледенением, интенсивностью склоновых процессов.

2. Иной характер имеют нагорья, расположенные также высоко, но относительно слабо расчлененные. Это массивы более древних складчатых сооружений, включенных в общее поднятие в постеосинклинальную стадию развития. Некоторые нагорья в не­давнее геологическое время испытали проявление вулканизма и их поверхность приобрела относительно ровный характер (Армянское нагорье). В окружении более высоких складчатых гор рельеф нагорий развивается в условиях аридной денудации (Тибетское, Иранское).

3. Важная часть строения рельефа стран альпийского возраста —межгорные впадины, лежащие на несколько километров ниже (Куринская, Колхидская и др.). Обычно они заполнены мощной серией осадочных толщ за счет разрушения окружающих гор, а также озерными или речными отложениями. В период горооб­разования окраины некоторых платформ оказались включенны­ми в общий процесс тектогенеза, испытали прогибание и накоп­ление рыхлых пород. В результате образовались предгорные низменности типа Кубанской, Терской, наклонных равнин Сред­ней Азии.

Молодые геосинклинальные зоны Земли слагаются из трех основных элементов: котловин глубоководных морей (Японское, Охот­ское), лишенных на дне материковой коры, островных дуг с мощной материковой корой (Японские, Курильские острова) и глубоковод­ных желобов с океаническим типом земной коры (Курило-Камчатский, Марианский). Резкие переходы одного типа коры в другой создают высокую тектоническую активность геосинклинальных морфоструктур (рис. 11).

Наиболее ярко переходные (геосинсклинальные) зоны выра­жены на окраинах Тихого океана (Тихоокеанская геосинклиналь), в Карибском море, в западной части Альпийского пояса горообра­зования, который протягивается от Канарских островов через Сре­диземное море до Индонезии.

О.К. Леонтьев на основании строения глубоководных жело­бов, островных дуг и котловин глубоководных морей выделяет не­сколько типов переходных зон.

Марианский тип связан с наиболее глубокими желобами: Марианским, Тонга, Кермадек и др. В этой зоне очень активны процессы вулканизма и сейсмично­сти. Мощность осадочных пород настолько тонкая, что коренные породы и структуры выходят на поверхность.

Витязянский тип переход­ных зон представлен глубоко­водным желобом Витязь и Северофиджитской котловиной. Глубина желоба не более 6000 - 6500 метров. Отсутствие островной дуги отличает этот тип от других.

Курильский тип переход­ных зон имеет общие черты с Марианским, но характеризу­ется крупными островными ду­гами и большой мощностью кон­тинентальной коры. Особенно интенсивна весьма активная тек­тоническая деятельность.

Японский тип объединя­ет в своем составе крупные острова и мощную материковую кору, достигающую десятков километров. Характерен также интенсивный вулканизм и от­рицательные аномалии силы тяжести.

Переходная зона Среди­земноморского типа устроена наиболее сложно. Основу со­ставляют крупные складчато-глыбовые горные системы (Аль­пы, Апеннины), разделенные глу­бокими морскими впадинами или понижениями суши. В их облике проявляются черты пе­реходной стадии. Средиземноморский пояс альпийской склад­чатости является типичным примером постгеосинклинальной стадии развития. На западе его сохранились морские впади­ны — остатки древнего Тетиса с субокеаническим типом земной коры. Характерна большая мощность осадочного слоя (в Черном море более 15 километров). Сохранились в рельефе также структу­ры типа островных дуг (Ионические острова) и глубоководные же­лоба. Например, Эллинский желоб имеет глубину 5,5 километра. В направлении на восток тип коры Средиземноморской геосинкли­нали становится все более материковым. Восточнее южного Каспия и вплоть до Индокитая господствует мощная материковая кора, хотя высокая сейсмичность, степень расчлененности, вертикальные дви­жения свидетельствуют о том, что переход от коры геосинклиналь­ного типа к континентальной не закончен.

ГЛАВА 3.