История геологического развития Московской синеклизы

Московская синеклиза представляет собой пологий прогиб северо-восточного простирания, выполненный мощной толщей (до 4 км) отложений позднего протерозоя и фанерозоя. Она имеет неправильную изометрическую форму, площадью свыше 1 млн. км² и расположена главным образом в западных и центральных областях России, а её западный и северо-западный склоны находятся на территории Белоруссии. Московская синеклиза граничит на севере с Балтийским щитом; на северо-востоке – с Сухоновской седловиной; на юге–с Воронежской антеклизой; на западе – с Белорусской антеклизой (см. приложение №2).

История геологического развития Московской синеклизы начинается с позднего протерозоя, а так как она происходила циклично, то её можно разделить на несколько этапов:

1) рифей – силур

2) средний и верхний девон

3) карбон, пермь

4) триас, юра

5)мел

6) палеоген-четвертичный период

Первый этап (рифей - силур) развития характеризуется интенсивными прогибами земной коры, это время формирования авлакогенов. Прогибание земной коры повлекло за собой трансгрессию моря. Трансгрессия объясняется движением земной коры.

Море вторглось в Московскую синеклизу, зацепив часть СНГ. В это время оно было прохладным и наступало на платформу. В то же время могли существовать ледники, и море поднялось талыми водами.

В кембрии и ордовике происходило поднятие земной коры под влиянием каледонской складчатости. В кембрийское время образовалось мелкое море. Подмосковье оказалось на плоской равнине, а в ордовике на высоко поднятых водных разделах. В Подмосковье начался разлив реками ранее отложившихся осадков и кристаллической ложи платформы. На этом этапе климат на европейской территории был прохладным, возможно существовали ледники, в кембрии постепенно происходило потепление.

В силуре произошёл перерыв в осадконакоплении. Климат становился суше и жарче, и Подмосковье в этот момент превратилось в пустыню.

Второй этап (средний и верхний девон) получил своё развитие в раннем девоне. Он начался с постепенного наступления моря с востока на запад. К среднему девону передовые участки моря достигли Подмосковья и снова вторглись в его пределы. К концу среднего девона Подмосковье оказалось в центральной части моря. Произошёл новый цикл в осадконакоплении. В целом этот этап характеризовался опусканием центральной части платформы и дальнейшим неравномерный погружением. Климат был жарким.

Для второго этапа (верхний девон) характерно начало переориентировки больших площадей, прогибание по меридиальному направлению. В позднедевонское время море быстро отступило на восток, под Москвой остался большой внутриконтинентальный бассейн озерного типа.

Третий этап (карбон, пермь) развития характерен быстрым вертикальным движением и частой сменой трансгрессии и регрессии моря. Так, в течение верхнего карбона море трижды отступало на Восток и снова возвращалось. Начало среднего карбона – море снова отступает. Это была самая мощная и последняя регрессия в карбоне. После этого началась трансгрессия, которая продолжалась до конца карбона

В перми море опять покинуло территорию Подмосковья, а береговая линия образовала большой залив, обрисовывающий Московскую синеклизу. Климат в карбоне был тропическим, а в перми стал умеренным.

Четвертый этап (триас, юра). На границе пермского и триасового времени Московская синеклиза поднялась, и установился пустынный климат. Отложений верхнего и среднего триаса на Московской синеклизе нет.

В юрском периоде климат стал теплым и влажным. В континентальных водоемах происходит образование торфяников и бурых углей. В верхней юре установился континентальный режим.

В течение перми, триаса и юры море ушло окончательно, и установился континентальный климат.

В пятом этапе (мел) морской режим ещё сохранился, однако был непостоянным: трансгрессии несколько раз сменялись кратковременными регрессиями, море уходило на юг, при этом климат становился более сухим.

Шестой этап (палеоген - четвертичный период). Для первой половины шестого этапа развития Московской синеклизы характерны сильные опускания и трансгрессия моря на юг европейской части СНГ.

В палеогеновом периоде территория, занимаемая морями, сократилась. В миоцене началось удлинение рек: из-за вытягивания рек вслед за отступающими морями и из-за их верховий. Реки перешли в главный водораздел Русской плиты в районе Тамбова.

С началом четвертичного периода произошли сильные климатические изменения. В горах начали развиваться оледенения. Позднее начались климатические изменения на равнинах (в Подмосковье тоже). Климат изтропического превратился в умеренно-холодный, а затем в холодный арктический.

Льды накапливались на скандинавском и Карельском полуостровах, и в Финляндии. Они растекались в южном направлении и достигли Подмосковья. Первое четвертичное оледенение достигло долины реки Оки, отчего и получило своё название «окское». Для морен, отложенных окским оледенением характерно преобладание осадочных пород.

Окское оледенение было сравнительно кратковременным. Опускание земной коры сменилось её поднятием: климат быстро потеплел. Началась перестройка речной сети, формирование четвертичных террас и долин. Однако этот межледниковый Окско-Днепровский век так же не был долгим. Земля снова была охвачена похолоданием и оледенением.

Днепровское оледенение – второе – было наиболее продолжительным, а благодаря прогибаниям коры, ледник имел максимальную мощность. Его льды покрыли Подмосковье, превратив его в ледяные берега, и распространились далеко к югу Подмосковья, образовав два огромных русла по древним долинам Днепра и Дона.

С новым потеплением ледник стал быстро отступать. Потоки талых вод устремились к югу, образовывая новую речную систему, так как старая заполнена флювиогляциальными отложениями. Таким образом, произошла перестройка речной платформы, стали формироваться террасы речных долин. Климат этого межледникового века был прохладным. Исчезнувшие ледниковые покровы снова вскоре появились в Подмосковье: наступил московский ледниковый век. В этот раз край ледника проходил через окрестности Москвы. Долины снова стали заполнятся моренами и флювиогляциальными отложениями.

С новым потеплением Московское оледенение быстро исчезло. В долинах рек формировались террасы. Произошла значительная перестройка гидрогеологической карты. Подмосковье оказалось захваченным верховьем бассейна реки Камы, образовалась современная долина реки Волги. Подмосковье оказалось в бассейне Каспийского моря. Наступил тёплый (но короткий) климат. Вновь со Скандинавии стал наступать ледник, но на этот раз он не дошёл до Москвы, остановившись на Валдайских горах (Валдайское оледенение). В Подмосковье установился субтропический климат. Сформировались террасы рек. Началось вскоре потепление.

Московская синеклиза развивалась циклично. В течение каждого цикла опускание и поднятие происходило ритмично. Каждый цикл начинался с больших опусканий и трансгрессий. Затем следовали поднятия и регрессии. В течение геологического времени происходило смещение этих движений на юго-восток.

Процессы выветривания

Выветривание – это разрушение горных пород, совокупность сложных процессов качественного и количественного преобразования горных пород и слагающих их минералов, приводящих к образованию продуктов выветривания. Происходит это за счёт действия на литосферу гидросферы, атмосферы и биосферы. Если горные породы длительное время находятся на поверхности, то результатом их преобразований является кора выветривания. Различают три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание – это изменение горных пород под воздействием физических агентов (факторов): температуры, механического трения, стирания. В маршруте №7, на точке наблюдения №23 в Зеленогорском карьере, мы изучали морозобойное выветривание, связанное с многократными перепадами температуры, с замерзанием и оттаиванием известняков в течение длительного периода времени. Результатом этого процесса является разрушение пород на мелкие части – растрескивание (см. рис. 6.1).

 

Рис. 6.1. Морозобойное растрескивание пород

На всех маршрутах мы встречали флювиогляциальные отложения, содержащие окатанные гальки и валуны. Окатанность этих обломков связана с их истиранием при движении ледника (см. рис. 6.2).

 

Рис. 6.2. Валуны, встреченные в Бельском карьере

Химическое выветривание – это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и качественное изменение их химического состава с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода – энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород –гидролиз, приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решётки на ионы водорода диссоциированных молекул воды:

KAlSi₃O₈+H₂O→HAlSi₃O₈+KOH

Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решётки ортоклаза. При наличии CO2 KOH переходит в форму карбоната:

2KOH+CO₂=K₂CO₃+H₂O

Взаимодействие воды с минералами горных пород приводит также и к гидратации — присоединению частиц воды к частицам минералов. Например:

2Fe₂O₃+3H₂O=2Fe₂O·3H₂O

В маршруте №7, на точке наблюдения№22 в Зеленогорском карьере отмечается ожелезнение глинистого слоя, связанное с окислением железистых минералов.

В маршруте №4, на точке наблюдения№9, расположенной в 400 м к Югу от селения Мшенцы, отмечено различие осадка дна воронок и ручья, берущего начало в одной из них (см. рис. 6.3‑6.4). Склоны карстовых воронок покрыты темным налетом серых соединений, что свидетельствует о восстановительной обстановке выходящих на поверхность подземных вод. Ниже по течению, за небольшим водопадом, дно и берега ручья имеют ржавый цвет. Эта смена цвета является следствием окисления железосодержащих минералов.

Рис. 6.3. Карстовые воронки

Рис. 6.4. Ручей

В маршруте №5 на точке наблюдения№16, расположенной на отвалах Шиботовской шахты, отмечено, что при взаимодействии пирита и марказита с водой и солнечными лучами происходит выделение сероводорода, который разлагается, образуя серную кислоту (см. рис. 6.5). Эта кислота чрезвычайно вредна для окружающей среды. Попадая в близлежащие водоемы, она приводит к вымиранию живых организмов и растительность самих водоемов и прибрежной полосы. Вследствие этого на близлежащих территориях Шиботовской шахты исчезает вся флора и фауна.

 

Рис. 6.5. Вид на загрязненные водоемы у Шиботовского террикона

Биогенное выветривание – это физическое и химическое разрушение пород под воздействием живых организмов (микроорганизмов, растений и животных).

В большинстве точек наблюдения биогенные выветривания (см. рис. 6.6) представлены почвенно-растительным слоем, сформировавшимся главным образом под воздействием микроорганизмов (бактерий). Продуктами жизнедеятельности бактерий являются органические кислоты, которые в свою очередь усиливают действие химического выветривания.

 

Рис. 6.6. Ласточкины гнёзда. Зеленогорский карьера

Вторым важнейшим фактором почвообразования являются растения, которые своими корнями проникают в породы и физически их разрушают. Остатки растений в почве образуют питательную среду для микроорганизмов, которые продолжают химическое выветривание пород. Определенную роль в биогенном выветривании и почвообразовании играют черви, грызуны и т.д.

В маршруте №7, в точке наблюдения №23, расположенной в 20-25 метрах от точки наблюдения №22, биогенное выветривание представлено современными процессами выветривания, а именно ласточкиными гнездами, которые птицы делают на вершинах флювиогляциальных песков.