Внешние силы Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Внешние силы Земли

Как образуются горы, мы обсуждали в п. 3.4. Там же отмечалось, что горы не только образуются, но одновременно и разрушаются. Напомним, что образование гор объясняется в основном внутренними (эндогенными) силами Земли - тектоническими и вулканическими процессами, тогда как разрушение гор связано в основном с внешними (экзогенными) силами Земли. В данной теме мы будем говорить именно о внешних силах.

Горы и горные системы геологи подразделяют на молодые и древние. Если преобладают внутренние силы, то процессы образования гор идут интенсивнее процессов разрушения. Такие горы называют молодыми. Они с течением времени растут. Если же преобладают внешние силы, то интенсивнее идут процессы разрушения гор. Такие горы называют древними. Они не растут, а, напротив, с течением временем постепенно выравниваются. Примерами молодых гор являются Гималаи, Гиндукуш, Памир. Типичный пример древних гор - Уральский хребет.

Какие же процессы отвечают за разрушение гор? Следует выделить три группы подобных процессов: 1) выветривание, 2) работу рек, 3) обвалы и оползни. Все они заслуживают отдельного рассмотрения.

Выветривание - разрушение горных пород

Справка. Выветривание - процессы разрушения и химического изменения горных пород на земной поверхности вследствие колебаний температуры и воздействий атмосферы, воды и организмов.

Как ты думаешь, очень ли прочен гранит? Многие полагают, что гранитные скалы - это что-то незыблемое. Увы, это не так. С течением времени камень-гранит рассыпается в мелкий щебень, крошку, песок, превращается в глину. Пройдет еще некоторое время, и бывший гранит превратится в осадочные породы.

Почему же гранит со временем рассыпается? Представь себе гранитную скалу весенним днем. Пригрело солнце, снег на скале подтаял, по ее склонам побежали ручейки, проникая в трещины и углубления скалы. Ночью температура снизилась и вода в трещинах замерзла. Ты знаешь, что при превращении воды в лед происходит небольшое увеличение ее объема. Из-за этого лед внутри трещины начнет раздвигать ее стенки, будет расширять трещину. И так изо дня в день, из года в год. Рано или поздно трещина разовьется так сильно, что от скалы отделится кусок гранита и скатится вниз. Так постепенно разрушается гранитная скала.

Процессы, приводящие к постепенному разрушению наземных горных пород, геологи называют выветриванием. Не думай, пожалуйста, что выветривание - это работа ветра. Конечно, ветер играет здесь определенную роль. Но далеко не главную. Более существенно воздействие воды и колебаний температуры. Вода вымывает все, что откололось или раскрошилось. А раскалыванию пород весьма способствуют не только образующийся внутри трещин лед, но и изменения объема пород, вызванные колебаниями температуры.

Влияние колебаний температуры следует отметить особо. Тебе наверняка известно, что твердые тела (а значит, и твердые горные породы) при повышении температуры расширяются, а при понижении температуры сжимаются. Величина расширения и сжатия для различных веществ различна. Любая горная порода, и в том числе гранит, неоднородна. Гранит, например, как тебе известно, содержит минералы - кварц, полевой шпат, слюду. Эти минералы при колебаниях температуры расширяются и сжимаются в разной степени, что и способствует разрушению гранитной скалы. У геологов есть даже специальный термин - температурное выветривание.

Температурное выветривание особенно велико в местностях с континентальным климатом, где довольно велики суточные и сезонные перепады температуры. Оно в разной степени проявляется в разных породах. Желтоватые песчаники, из которых сложены знаменитые египетские пирамиды, выветриваются со скоростью порядка одного миллиметра в год. Скорость выветривания известняков значительно больше - до 2 см/год, а гранит, напротив, разрушается намного медленнее.

Итак, колебания температур приводят к тому, что горные породы покрываются трещинами, раскалываются, отслаиваются, крошатся. А вода и ветер усугубляют процесс разрушения, вымывая и выметая мелкие обломки и каменную крошку. Определенный вклад вносит также лед, образующийся в трещинах, если температура опускается ниже О °С.

Однако этим процессы разрушения горных пород не исчерпываются. Важную роль играет так называемое химическое выветривание. Под воздействием воды, воздуха, гниющих остатков организмов образуются кислотные растворы, которые вызывают различные химические реакции, приводящие к появлению в породах новых минералов, новых соединений. Скорость реакций может быть весьма медленной, но это не имеет принципиального значения для геологических процессов.

Разрушению горных пород способствуют также разнообразные живые организмы, поселяющиеся на этих породах. В связи с этим используют еще один специальный термин - биогенное выветривание. Породы всегда богаты всевозможными микроорганизмами, живущими на поверхности и во внутренних пустотах. Микроорганизмы выделяют кислоты и тем самым активизируют химическое выветривание. На голых скалах поселяются колонии лишайников и мхов; они способствуют превращению части породы в почву, на которой затем появляются растения. Корни растений углубляют и расширяют трещины в каменных скалах и этим вносят свой вклад в процессы выветривания.

Так как прочность даже у одной и той же породы различна для разных ее составляющих, то вполне естественно, что одни участки породы поддаются выветриванию быстрее, чем другие. Избирательный характер выветривания объясняет возникновение каменных колодцев, столбов, ниш, арок. Более рыхлые участки пород быстрее выветриваются (они вымываются, выносятся вниз по склонам), а более плотные участки пород начинают выступать в виде различных каменных «изваяний». На рисунке на с. 128 ты можешь полюбоваться рельефом, сформировавшимся благодаря избирательности выветривания.

Реки - «виновники» грандиозных геологических процессов

Текущие воды (реки) нередко называют «ударной силой экзогенных процессов». И это справедливо. Подсчитано, что все реки Земли каждый год выносят в моря и океаны в общей сложности около 20 млрд. тонн вещества, позаимствованного у суши. Три четверти всей этой массы выносится с континента Евразия. Те вещества, которые были растворены в речной воде, останутся в виде растворов в морской воде. А нерастворимые вещества осядут в прибрежных областях морского дна. Частицы глины отлагаются на морском дне достаточно далеко от устья реки. Поближе к устью отлагается песок - основной материал, который поставляет река. Гравий и галька отлагаются и могут подхватываться морскими течениями, могут разноситься прибоем вдоль берега. Некоторые реки выносят в море слишком много материала - и тогда вблизи устья формируются постепенно нарастающие равнинные участки суши, называемые дельтой.

Как рождается речная долина

Вот перед нами обычная речная долина - равнинная полоса земли шириной от нескольких сотен метров до нескольких километров. По ее откосам тянутся холмы, а по самой долине течет небольшая река шириной 20-40 м. Она плавно извивается - приближается то к одному откосу долины, то к другому. Кажется, будто когда-то здесь протекала широкая и глубокая река, потом она высохла, и от нее осталась вот эта небольшая речка. Но в действительности все было не так. В действительности все пространство между склонами нынешней долины было некогда занято горными породами. Ты спросишь: куда же они подевались? Оказывается, постепенно, в течение десятков и сотен тысяч лет (мелочь по геологическим масштабам!), все эти горные породы по камешкам, крупинкам, песчинкам вынесла вниз по течению та небольшая речка, которая сейчас извивается тонкой лентой по долине. Это удивительно, но это так и есть. Чтобы объяснить столь удивительный факт, надо понять, почему река не течет прямо, почему она извивается. Извивы рек не следует объяснять только рельефом местности. Главная причина в другом. Представим реку, текущую прямолинейно по совершенно ровной местности в достаточно однородном грунте. Нетрудно сообразить, что даже в таких идеальных условиях прямое направление течения реки будет неустойчивым. Как это понимать? А вот как. Допустим, что вследствие каких-либо причин (например, небольшой неоднородности грунта) где-то вдоль течения образовался незначительный изгиб русла реки. Выровняет ли река это случайно возникшее искривление русла? Оказывается, не только не выровняет, а наоборот, еще более увеличит. Возникновение случайного искривления русла означает, что в данном месте водная масса движется уже не прямолинейно, а по некоторой дуге. Она (водная масса) будет напирать на вогнутый берег и подмывать его. В результате будет увеличиваться искривление русла реки. Подмываемый (вогнутый) берег будет становиться круче, причем дно реки у этого берега будет углубляться. У противоположного же (выпуклого) берега река будет напротив, становиться более мелкой, там возникнет отмель.

Легко понять, почему река более глубока именно у вогнутого берега. Частицы воды вблизи этого берега проходят на повороте более длинный путь (описывают более длинную дугу), чем частицы воды вблизи выпуклого берега. Значит, у вогнутого берега скорость движения воды, больше, чем вблизи выпуклого. Чем выше скорость воды, тем интенсивнее идет процесс вымывания грунта. Вымывая вблизи крутого (вогнутого) берега больше грунта, река тем самым углубляет свое русло именно у этого берета. На рисунке «а» (см. с. 131) линия со стрелками показывает, где на речной поверхности наиболее сильное течение (стрежень). Видно, что наиболее быстрый водяной поток прижимается к вогнутым берегам и отступает от выпуклых берегов.

Полное объяснение картины (объяснение не только углубления дна у вогнутого берега, но и обмеления вблизи выпуклого берега) дает рисунок «б», где показана циркуляция воды в вертикальной плоскости. Из рисунка видно, почему вода активно подмывает обрывистый берег и в то же время выносит на отмель все то, что в излишке скапливается в самых глубоких местах дна. В частности, вода выносит на отмель частицы породы, и прежде всего песок, которые попали в реку с подмываемого водой обрывистого берега.

Вот так и происходит с одного края размывание пород, а с другого -откладывание пород. А в итоге возникают и становятся круче и круче речные извивы. Так что можно сказать: реки извиваются потому, что они трудятся. Где-то размывают породы, а где-то намывают.

В результате подобной многолетней трудовой деятельности сравнительно небольшая река способна сформировать широкую и глубокую долину, пролегающую через горную местность. Эта равнинная долина сложена из обломков (мелких камней, песка, глины) тех самых пород, которые залегали в горной местности. Коротко говоря, многолетний труд реки превращает горы в равнину.

Откуда берется энергия реки?

Разумеется, этот труд огромен, он требует огромной энергии. Откуда берется эта энергия? Тут мы с тобой должны снова (в который раз!) заглянуть мысленно вглубь Земли и вспомнить об энергии движения магматических масс в астеносфере, получаемой от тепловой энергии земных недр.

Энергия астеносферы превращается (разумеется, не целиком, а частично) в энергию движения литосферных плит. Мы с тобой уже выяснили, что энергия движущихся литосферных плит обеспечивает энергию деформации этих плит, которая, в свою очередь, обеспечивает энергию сейсмических волн, порождающих землетрясения.

Конечно, энергия движущихся литосферных плит превращается в энергию их деформации лишь частично. Какая-то часть энергии движущихся плит превращается в энергию поднятых вверх пород. Физики называют эту энергию потенциальной. Поднятые вверх тела (в том числе породы) могут под действием силы тяжести начать движение вниз (падать или перемещаться по наклону); энергия их движения берется как раз за счет той потенциальной энергии, которую они приобрели в результате подъема вверх.

Энергия движения опускающихся вниз по течению реки обломков пород - это и есть одна из двух частей энергии, за счет которой выполняют свою работу реки. А другая часть - это энергия образовавшихся в атмосфере облаков, которые, выпадая в виде осадков, обеспечат энергию самой воды, стекающей по наклону к морю. Облака образуются за счет энергии солнечных лучей.

Таким образом, энергия грандиозных геологических процессов, происходящих благодаря участию в них рек Земли, обеспечивается, во-первых, потенциальной энергией поднятых вверх пород и, во-вторых, энергией солнечного излучения.

О Большом Каньоне, а также о порогах и водопадах

Но вернемся к разговору непосредственно о геологической деятельности рек. В некоторых местностях эта деятельность приводит к образованию удивительных форм рельефа - узких и очень глубоких ущелий, которые называют каньонами. Много каньонов в Северной Америке. Полюбуйся изображенным на рисунке на с. 134 знаменитым Большим Каньоном. Его создала река Колорадо (американский штат Аризона). Каньон выработан рекой Колорадо в толще известняков, песчаников и сланцев. Длина каньона 450 км, глубина до 1600 м. Он проходит по поверхности горной равнины (плато Колорадо), находящейся на высотах 1500-2000 м. Ширина каньона на уровне поверхности плато от 10 до 25 км, ширина вблизи дна менее километра (на отдельных участках до 100 м).

Геологи считают, что плато Колорадо - это остаток древней обширной долины. Примерно 10 млн. лет назад произошло поднятие Североамериканской литосферной плиты (тогда-то и образовалась возвышенная равнина, называемая плато Колорадо). Это поднятие существенно увеличило энергию рек, стекающих с плиты. По-видимому, река Колорадо стала весьма энергичной и принялась вымывать собственное дно настолько активно, что склоны реки попросту не успевали сформироваться. Река буквально врезалась в горные породы, слагающие плато, и «пропилив» толщу пород, образовала уникальный каньон.

Вот как описывает свои впечатления один из тех, кому посчастливилось побывать у Большого Каньона.

Панорама Большого Каньона - это совершенно необычная картина природы. Перед глазами открывается исполинская каменная стена двухкилометровой высоты, изрезанная бесчисленными ущельями, гротами, амфитеатрами, выступающими карнизами. Она спускается в глубину рядами террас и бесконечно протягивается направо и налево. Вся эта огромная масса сложена из совершенно горизонтальных слоев, которые вырисовываются с предельной ясностью благодаря различной окраске. В верхних слоях располагаются песчаники. Их верхние пласты нежно-телесного цвета, а нижние сверкают яркой огненно-красной краской. Еще ниже идут главные породы -известняки с характерной темно-пурпуровой окраской. Тут густой красный цвет смешивается с синим. Полутонов, постепенных переходов света и тени здесь нет. Там, куда падают лучи солнца, царит яркий свет, а ущелья и теневая сторона каменных стен окутаны непроницаемой тьмой.

Внизу вьется темная ложбина, по которой течет Колорадо. Она видна только на небольшом протяжении - дальше повороты каньона скрывают ее от наших взоров. Река кажется темно-красной неподвижной лентой, замкнутой в глубокой тени скалистых берегов. На самом деле эта кажущаяся мертвой полоса воды - бешеный поток. С пеной ж ревом несется он вниз по каменным террасам, образуя бесчисленные пороги и водопады, но огромное расстояние и страшная глубина пропасти скрывают от нас все детали этой оживленной картины.

Разговор о реке Колорадо и Большом Каньоне позволяет обратить внимание на процесс углубления рекой собственного русла. Река не просто вымывает обломки придонных пород, снося их вниз по течению, но и использует эти обломки как материал, с помощью которого она бомбардирует и соскабливает участки дна ниже по течению.

Предположим, что по ходу русла реки встречается участок достаточно прочной породы (например, гранита), а после него идет участок менее прочной породы (например, песчаника). Текущей воде весьма затруднительно воздействовать на гранитный участок дна, зато легче размывать песчаник. Особенно если придет на помощь температурное выветривание. Нетрудно сообразить, что в данном случае на дне реки образуется гранитный уступ.

Поначалу это будет порог. С течением времени он может превратиться в водопад.

С образованием водопада шансы у гранитного уступа устоять под натиском реки уменьшаются. Низвергаясь с уступа, вода не только вымывает под ним глубокую яму, но и подмывает основание уступа, что рано или поздно приводит к его обрушиванию, в результате бровка водопада будет постепенно отодвигаться вверх по течению реки.

выветривание горный порода река геологический

Разрушительно-созидательная деятельность рек

Говоря о разрушительно-созидательной деятельности рек, надо учитывать, что у рек есть серьезные помощники. Сама река трудится, строго говоря, на достаточно ограниченной территории. Она ограничена руслом реки и ее долиной. Причем не всей долиной, а той ее частью, которая затопляется в половодье или во время паводков (эту часть речной долины называют поймой). Необходимо, чтобы находящиеся за пределами упомянутой территории горные породы кто-то раздробил, измельчил и доставил к руслу реки. Эта работа как раз и выполняется в процессах выветривания, которые мы уже рассматривали. Наряду с выветриванием большую роль играют оползни, осыпи, обвалы, сели. С этими явлениями мы познакомимся позднее.

Кусочки грунта, обломки пород поступают в реку со склонов также в результате ливней и таяния снега (за счет так называемого плоскостного смыва). Человек усиливает процесс плоскостного смыва пород, вырубая леса по берегам рек, распахивая поля. Образующийся вследствие деятельности человека беззащитный (оголенный) слой почвы легко смывается дождевой водой в реку. На рыхлых оголенных землях дожди и таяние снега порождают овраги - длинные и относительно узкие провалы-трещины с крутыми склонами. Зародившись на каком-нибудь склоне, овраг начинает расти за счет обвалов его стенок, появляются ответвления. Длина оврага может достигать нескольких километров. Его ширина может составлять десятки и даже сотни метров, а глубина доходить до 10 м.

Итак, реки Земли в союзе с процессами выветривания, обвалами, оползнями, хотя и постепенно, но неумолимо изменяют рельеф континентов. Горные плато они разрезают на ущелья. Холмы и горы превращают в равнины. Но и сама река со временем изменяется. Происходит не только углубление и расширение русла и долины. Сами русла рек, сами речные долины изменяют с течением времени положение на географической карте.

Нетрудно понять, почему это происходит. Сотворив собственную долину, река, переполнившись обломочными материалами, может завалить ими долину, в буквальном смысле сравнять ее с землей. Вполне возможно, что при этом река может как бы «забыть» о своем прежнем русле и проложит новое, а потом сотворит и соответствующую новую речную долину. Великая китайская река Хуанхэ за последнюю тысячу лет не раз меняла свое русло в нижнем течении, попеременно впадая то в Желтое, то в Восточно-Китайское море. Река Амударья засыпала принесенным ею песком огромную территорию, называемую сегодня пустыней Каракумы. Когда-то эта река впадала в Каспийские море, но сотворенные ею же пески «сбили ее с толку» - и теперь Амударья впадает в Аральское море. Восемь тысяч лет назад Кама и Вятка были притоками Северной Двины. Потом они проложили новые русла - и ныне находятся в бассейне Волги.

А теперь наступило время задать вопрос: что же следует считать главным в деятельности рек - разрушение или созидание?

Возможно, ты отдашь первенство разрушению. Ведь именно реки (непосредственно сами и вместе со своими союзниками) постепенно превращают горные участки континентов в равнинные. Это, конечно, так. Но те же реки намывают новые участки суши, отвоевывают их у водной территории. Это не только дельты рек или речные острова. Многие озера превратились в равнины (их так и называют - озерные равнины), и многим еще предстоит превратиться. Ученые предсказывают, что небольшая река Швейцарская Рона, постоянно сбрасывая наносы в Женевское озеро, превратит это знаменитое озеро в равнину через 45 тыс. лет. Крупные сибирские реки Обь, Енисей, Лена, а также Оленек, Яна, Индигирка, Колыма создали своими наносами в Северном Ледовитом океане полуострова Ямал и Гыданский, намыли Северо-Сибирскую и Колымскую низменности. Рейн отвоевал у моря Голландию, Нил - весь Нижний Египет, Миссисипи -низменность Мексиканского залива.

С учетом всего этого ты, возможно, начнешь считать, что реки Земли в большей степени являются созидателями, нежели разрушителями. Но, как всегда, не надо торопиться. Создание речными наносами значительных участков суши, которые прежде были заняты морями и океанами, - это только промежуточный этап в той грандиозной геологической работе, которую вершат реки.

А следующий этап - это размывание равнин, превращение их в отложения на дне морей и океанов. Пока материки все еще возвышаются над уровнем Мирового океана (иными словами, пока они обладают потенциальной энергией, соответствующей этому возвышению над океаном), реки не успокоятся. Геологи подсчитали, что реки Земли могли бы за 200 млн. лет полностью размыть все выступающие над поверхностью океана участки земной коры и превратить все пространство нашей планеты в единый безбрежный океан.

Могли бы, если бы не одно «но». Если бы не продолжалась тектоническая деятельность внутренних сил Земли, если бы благодаря ей не происходили поднятия земной коры, если бы на смену древним горам не рождались новые.

Размещено на Allbest.ru