Зміна поверхні Землі
«Все тече, все змінюється» - це, що стало крилатим вислів, висловлене філософами в античний час, дуже точно відображає непостійність природних умов і всіх зовнішніх оболонок Землі. Всі люди звикли вважати земну поверхню чимось міцним, надійним і непорушним. Але варто в якійсь частині планети відбутися катастрофічного землетрусу або виверження вулкана, як ми відчуваємо себе незатишно і безпорадно перед стихією. Виверження вулканів і землетруси, так само як і короткочасні, але грандіозні атмосферні явища - смерчі, тайфуни, циклони і антициклони, на очах людей сильно змінюють земну поверхню. Але разом з короткочасними і значними впливами на земну поверхню стихійних природних явищ на неї повільно, поступово, протягом багатьох тисячоліть діють найрізноманітніші геологічні процеси. Під їх впливом руйнуються гори, розширюються ущелини річок, видозмінюються обриси морських узбереж, виникають і зникають пустелі.
Поверхня Землі видозмінюється під дією клімату (дія сезонних і добових температур і вологості), вітру, льодовиків, поверхневих і підземних вод, різноманітних організмів і т. д. Проте як же вчені змогли визначити навіть не діяльність, швидше, результати того чи іншого процесу? Адже коли говорять, що річка розмиває берег, переносить камені, обливає їх, поступово стирається, виносить в море, то це зовсім не означає, що геологи роками сиділи на березі річки або ходили вздовж русла, а тим більше опускалися на дно моря, щоб побачити і простежити весь процес утворення галек, перетворення їх в пісок і формування опадів в руслі, заплаві або в морі. Зовсім ні. Для того щоб вивести цю закономірність, вчені порівнювали між собою форму каменів, їх величину від витоків річок до гирла, аналізували мінеральний склад піску, бачили, як іноді річка підмиває берег і відбуваються обвали або змінюються напрями русла. Ці перетворення хоч і відбуваються на наших очах, але йдуть дуже повільно. Адже для того щоб перетворити уламок граніту в гальку, а тим більше істереть його пісок, необхідно не одне століття.
Точно таким же чином надходять геологи, коли вивчають геологічну діяльність льодовиків, морів та озер, вітру і організмів. Вони бачать різні фази розвитку на різних об'єктах, потім подумки нанизують їх на уявну безперервну стрічку, і тоді всі фрагменти виявляються пов'язаними єдиної логічною послідовністю.
Вивітрювання та грунту
Тверду зовнішню оболонку Землі, або літосферу, поряд з корінними монолітними породами складають пухкі утворення, що виникли шляхом руйнування підстилаючих їх корінних порід або принесені здалеку вітром, водою чи льодом. Пухкі породи часто змінені до стану грунту. Перетворення твердих порід у грунт обумовлено перетворенням фізичної форми та хімічного складу під дією повітря, води і мікроорганізмів. Цей тривало розвивається процес носить назву вивітрювання. Яким же чином здійснюється процес вивітрювання? Якою б твердою і монолітною не була гірська порода, з плином часу вона розтинають безліччю тріщин. Останні виникають в основному в результаті різний коефіцієнт розширення мінералів, що складають гірську породу. Сталеві конструкції мостів, бетонні тротуари, сталеві рейки збільшуються в об'ємі в спеку і зменшуються в холод. Для того щоб зберегти їх цілісність, в певних місцях влаштовують зазори. Однак гірські породи, що складаються із зерен або уламків мінералів, таких зазорів не мають, і чергування нагрівання й охолодження, викликане добовим і сезонним коливанням температур, призводить до виникнення в монолітних брилах серії тріщин. Це початкова стадія фізичного вивітрювання. У тріщини проникає вода, яка розчиняє і перетворює мінерали, при замерзанні збільшується в об'ємі і розширює тріщини. Зрештою тверді гірські породи руйнуються або, як кажуть геологи, відбувається їх дезінтеграція. Це означає, що сталося механічне руйнування породи з утворенням частин меншого розміру, але однакового мінерального та хімічного складу.
Дезінтеграцію гірських порід виробляють також рослини і тварини. Будете на Південному березі Криму, зверніть увагу на те, як бореться за своє існування кримська сосна на брилах вапняку. Її коріння проростає в тріщини й ущелини, розширюють їх, розпирають, а іноді і виштовхують окремі шматки породи на поверхню. Про силу кореневої системи можна судити по цілому ряду випадків. Наприклад, досить часто дерева, вросли в ущелину, розколюють окремі брили твердих вапняків і навіть гранітів, а в містах коріння дерев підводять і руйнують бетонні тротуари. Механічного руйнування сприяють земляні черв'яки, мурашки, гризуни і інші землерийні тварини, а також копитні тварини. Значну лепту в дезінтеграцію масивних порід вносить людина, коли він пробиває тунелі, розробляє рудники і кар'єри, прокладає дороги. Під дією води і перепаду температур (добових, місячних, сезонних) від монолітної породи часто відшаровуються лусочки або окремі пластини, при цьому вони оголюють для подальшого вивітрювання свіжий ділянку. Іноді колись тверда порода, що залягає горизонтально, розбивається сіткою тріщин і набирає вигляду бруківки.
Уламки породи, що складаються з великих зерен (наприклад, граніти), після лущення при триваючому процесі фізичного вивітрювання відчувають подальшу дезінтеграцію, аж до відокремлення мінеральних зерен. Дрібні зерна видаляються водою чи вітром а великі залишаються на місці і піддаються новому впливу. Таким шляхом утворюється жорстви. У приполярних країнах та на високогір'ї широко поширена гранітної жорстви.
Одним з основних агентів вивітрювання є вода. Розчиняючи хімічні елементи, насичуючи вуглекислим газом, вода поступово стає агресивною і впливає на гірські породи вже як слабка кислота Дія хімічного вивітрювання протікає поступово, стадійно. Спочатку в результаті гідролізу руйнується кристалічна структура мінералів. Вода дисоціює на іони водню і групи гідрофільного ряду (ОН), потім вступає в реакцію з кристалічними речовинами. Іони заміщають атоми в кристалах або вступають з ними в реакцію, тим самим порушується кристалічна структура. Кальції, магнії, натрій і калій розчиняються, а сполуки алюмінію і заліза утворюють гідроксиди. Процес утворення останніх носить назву гідратації. Крім того, при хімічному вивітрюванні відбувається окислювання сполук двовалентного заліза в тривалентне. При цьому змінюється не тільки внутрішня структура гірської породи, але і її колір, і фізичні властивості.
У результаті хімічного вивітрювання від твердої гірської породи залишається пухкий глинистий матеріал, хімічний і мінеральний склади якого залежать від первинного складу материнської породи і клімату. Глина служить сировиною для керамічної промисловості. Особливо цінна каолінова глина, що володіє вогнетривкими якостями.
У процесі вивітрювання не всі мінерали і хімічні сполуки перетворюються. Є так звані стійкі мінерали, на які не можуть впливати хімічно активні розчини, і в міру виносу і розчинення слабостійких мінералів і сполук вони поступово накопичуються.
При вивітрюванні магматичних порід звільняються і накопичуються золото, алмази і багато дорогоцінні камені.
Одним з головних чинників вивітрювання є клімат. Він регулює швидкість і напрямок вивітрювання. Для повного перетворення гірських порід і глибокого проникнення агентів вивітрювання дуже сприятливий жаркий вологий клімат екваторіального поясу. Сухий і спекотний клімат пустель сильно обмежує хімічне вивітрювання, тому що відсутній один з важливих факторів вивітрювання - вода. Наявна все-таки в невеликих кількостях капілярна вода повільно піднімається до поверхні, відкладає солі, якими цементуються пухкі пустельні піски, в результаті чого досить часто утворюються гіпсові або соляні кірки.
Падіння температур навіть при високій зволоженості знижує інтенсивність вивітрювання і зменшує його швидкість. У помірному щодо вологому кліматі хімічне вивітрювання поступово припиняється, і на перший план виступає фізичне. Особливо інтенсивно дезінтеграція гірських порід протікає в холодному кліматі.
Грунт утворює тонкий шар і формується при вивітрюванні гірських порід. Вона складається з декількох горизонтів: верхнього (перегнійно-елювіальний) - багатого органічними речовинами і грунтовими організмами; середнього (елювіальний), або підгрунтового - складається з глин, окислених і вилужених; нижнього - представленого пухкої розм'якшеною породою, схожою за складом з залягає під нею материнською породою. Склад грунтів та їх продуктивність залежать від клімату, рослинності, рельєфу, материнських порід і грунтових організмів.
Поверхневі та підземні води
Ерозія земної поверхні починається з моменту удару дощових крапель об землю.
Зверніть увагу на оголену, позбавлену рослинного покриву землю після дощу. Навколо кожного камінчика земля винесена, лише під ним, як би під його захистом, зберігається крихітний ділянку грунту. Коли дощової води випадає більше, ніж вона може вбратися у грунт, то надлишок її починає стікати по похилій поверхні. Стікаючи по схилу, вона викликає площинну ерозію, або площинний змив. Чим більше води стікає по схилу, тим сильніше ерозія, За рік вниз по схилу переміщаються десятки тонн родючого грунту з кожного гектара землі. На схилі від стікають струмочків води утворюються невеликі промоїни. Яка планує в потічку вода має великий руйнує силою і впливає на схил як активний агент ерозії. Струмочки змінюють конфігурацію схилу, розмивають дрібні промоїни і ярки, перетворюючи їх в маленькі долинки.
На схилах, позбавлених рослинності, відбувається дуже сильна ерозія. Рослинний ж покрив тривалий час оберігає поверхню землі від ерозії, оскільки він значною мірою послаблює силу падаючої і стікала вода, а коренева система рослин ніби скріплює пухкі частки грунту. Нерівності земної поверхні під дією вивітрювання і площинного змиву поступово вирівнюються. Матеріал, знесений з височин, надходить у річкові долини. Збільшується водозбірний басейн, формуються нові схили, зростає обсяг стерпного матеріалу і в кінцевому підсумку посилюються процеси вирівнювання суші. Водозбірний басейн знижується з середньою швидкістю від 1 до 5 м за 30 тис. років.
Річки виробляють велику геологічну роботу. Річкові води підмивають і руйнують борту долин, розчиняють різноманітні хімічні сполуки, переносять зважений матеріал і відкладають його в знижених ділянках, де швидкість течії знижується. Обсяг стерпного матеріалу і розмір часток залежать від повноводності і швидкості ріки. Дрібні частинки переносяться у зваженому стані, а більші уламки (гальки і валуни) - волочінням по дну. При волочіння і багаторазовому перетягування по кам'янистому дну гострі кути уламків згладжуються, і вони перетворюються на уплощенную гальку, яка з часом стирається до менших розмірів. Уламки порід, які переносяться по дну, переорюють його, і русло поступово поглиблюється.
Будь-яка річка складається з головного русла і живлять його приток. Вона подовжує, поглиблює і розширює свою долину. Величезну роботу проводять річки в гірських країнах. Особливо вражають глибокі долини - каньйони. Грандіозна долина створена річкою Колорадо в США. Це Великий каньйон, який має глибину в кілька сот метрів.
При великому перепаді висот за течією річки в місцях виходу твердих порід утворюються водоспади. Ложе під дією переносимих річкою уламків порід руйнується, і водоспад відступає.
Річки, подібно живому організмові, старіють. Швидкість їх перебігу з часом падає, врізання русла і бічна ерозія припиняються. То з однієї, то з іншого боку русла намиваються мілини. Це змушує річку згинати русло, тобто меандріровать. Річки часто залишають закруту, прориваючи нові русла, а що залишилися меандри перетворюються на заростаючи старичні озера.
Річкові потоки не тільки виробляють велику руйнівну роботу, а й формують характерні опади, звані алювієм. Уламковий матеріал різної розмірності від великих галек до глин накопичується в руслових мілинах, на низьких заплавах і, нарешті, в гирлах або дельтах річок. Щорічно ріки виносять у моря й океани величезну кількість зваженого матеріалу. Наприклад, Волга виносить 40 - 50 млн. т, Ніл - 125 млн. т, Міссісіпі - близько 400 млн. т, а Інд - 450 - 500 млн. т зваженого матеріалу. Значна частина цієї суспензії, яка носить назву твердого стоку, накопичується в дельтах. Розміри найбільш великих дельт вимірюються десятками і навіть сотнями квадратних кілометрів. Наприклад, дельта Міссісіпі має площу 150 тис. км2, Нігеру - 40 тис. км2, Ніла-20 тис. км2, Олени - 45 тис. км2.
Сгруженний в дельтах уламковий матеріал розбиває єдиний річковий потік на безліч рукавів, по яких вода досягає басейну стоку. Іноді при підвищенні рівня моря, наявності в гирлі річки улоговини або далеко йде в море каньйону замість дельти в гирлі річки утворюється естуарій. Ці форми характерні для усть Обі і Єнісею.
Великий обсяг роботи виконують підземні, або грунтові, води. У природі вони зустрічаються у вигляді підземних озер та потоків, джерел, гейзерів, колодязної води. Карстові печери у вапнякових масивах зобов'язані своїм походженням одного джерела - підземним водам. Під землею знаходиться майже в 40 разів більше води, ніж у всіх озерах, болотах і річках світу. Значну їх частку складають опади, що надходять з атмосфери у вигляді дощу або снігу. Розчиняючи різні хімічні елементи і сполуки, що знаходяться в гірських породах, вода поступово мінералізуєтся, а проникаючи на значні глибини, нагрівається. В областях вулканічної активності - в Ісландії і на п-ові Камчатка - широко поширені води, що виділяються в процесі застигання магми. Ці гарячі розчини настільки мінералізовані, що з них осідають рудні мінерали - мідь, свинець і цинк. Підземні води виливаються на поверхню у вигляді гейзерів або гарячих джерел.
Від чистоти і запасів підземних вод залежить життя значної частини населення земної кулі. Багато міст забезпечуються питною водою та водою для промислових цілей з підземних джерел. Чимало її витрачається і для поливу полів. Підрахунки показали, що колодязі і джерела дають близько 120 млрд. л води на добу, що складає майже 1 / 5 загальної кількості води, використовуваної людством.
Вже в глибоку давнину в країнах, що страждають від нестачі вологи, люди копали колодязі. Вперше буріння з метою отримання води було застосовано в Китаї та Індії. Іригаційні роботи з використанням колодязної води проводилися в Давньому Вавилоні 2000 років до н. е.. Широке розповсюдження мали артезіанські колодязі. Вони отримали свою назву від французької провінції Артуа, де в багатьох криницях вода піднімалася вище поверхні землі і виливалася вертикально. Мимовільне потік води в артезіанському колодязі виникає в результаті різниці гідростатичного тиску в різних частинах водоносного горизонту. Величезні артезіанські басейни знаходяться на європейській частині Росії і в США.
По тріщинах вода швидко проникає вниз. Якщо породи легко розчиняються водою (наприклад, вапняки, доломіти, гіпси або кам'яна сіль), то в них спостерігається карст - печери, порожнечі, воронки і канали. Це так звані карстові форми, а процес їх утворення названий карстовим. Слово карст походить від назви вапнякового плато Карст поблизу міста Трієст на північному узбережжі Адріатичного моря, де найбільш добре розвинений цей своєрідний рельєф. Тут утворюються каррі - поглиблення, що нагадують борозни, невеликі канави, щілини глибиною до 1-2 м. Вони простягаються паралельно один одному уздовж ухилу поверхні. Крім них, можна виділити ніші й лійки. Останні найбільш численні і мають різні розміри. Як правило, круті схили карстової лійки закінчуються йдуть у глибину каналом, куди стікає вода. У ряді місць (наприклад, в районі Кримської яйли) поверхню начебто віспинами покрита такими воронками. На кожному квадратному кілометрі їх налічується від 50 до 100. Нерідко воронки утворюються на наших очах, при цьому падають і ламаються дерева, провалюється земля і на місці опускання незабаром виявляється глибока воронка. Іноді в областях розвитку карбонатних порід в результаті їх тривалого розчинення виникають вертикальні карстові колодязі і шахти. Місцями колодязі настільки розширюються, що набувають вигляду грандіозних провалів або прірв.
Для карстових областей типові зникаючі річки. Наприклад, на Чорноморському узбережжі Кавказу в районі Гагр води р.. Жовеквара, не доходячи до моря, повністю зникають, а на поверхні залишається сухе русло. Лише в декількох сотнях метрів від берега можна спостерігати, як з морською водою змішуються чисті води річки, що впадає в море з глибини по підземному руслу.
Великий інтерес для нас представляють карстові печери. Це системи горизонтальних і вертикальних каналів, різних розмірів і форм пустот, які суперечать величезні зали і гроти, то, навпаки, переходять у вузькі щілини. Грандіозні печери поширені в багатьох районах Західної Європи, США на Кавказі. Найбільших розмірів досягає Мамонтова печера в штаті Кентуккі (США). Великий лабіринт до кінця ще не досліджений. Він складається з з'єднуються один з одним галерей загальною протяжністю в декілька сот кілометрів, з підземними озерами, річками і водоспадами. Великою популярністю користуються Новоафонська і Кунгурська печери. Величезні зали, обрамлені столбообразние сталагмітами і химерно переплітаються сталактитами, штучно підсвічені в Новоафонський печері, представляють неповторне видовище.
Льодовики
При наявності води і низьких температур (нижче 0 ° С) лід утворюється всюди - в озерах, річках, морях, наземної поверхні і під землею, в атмосфері. Морська вода не замерзає до тих пір, поки її температура не знизиться до - 4 ° С. У приполярних районах у холодну пору року вздовж морських берегів формуються льодовикові вали, що досягають висоти 15 м. Взимку вони захищають берег від руйнівної дії хвиль, а під час льодоходу уламки цього льоду переносять велику кількість теригенного матеріалу.
Весняний льодохід на річці - незабутнє видовище. Крижини, наштовхуючись один на одного, спучуються і з гуркотом розламуються на частини. Вони руйнують круті береги річок і навіть дно русла, так як в лід виявляються упаяними велика кількість гострокутних твердих уламків порід, які як наждак діють на борту долин річок. Коли лід накопичується у вузькій частині річки або на мілководді, утворюється подпруда. Так подпружіваются багато річок Сибіру і Канади, і це часто веде до замору риби.
В областях з негативним балансом середньорічних температур грунту і корінні породи пронизані багаторічної мерзлотою. У бортах долин північних річок Сибіру вона представлена чергуванням промерзлій грунту і льоду. Останній дуже чуйно реагує на зміну температури. При її зниженні обсяг грунтового шару збільшується, грунт як би спучується. При підвищенні температури повітря відтає тільки верхній шар мерзлоти і, оскільки знизу розташовується крижаний моноліт, вода розтікається по поверхні і влітку в тундрі розвиваються великі болота.
У високогірних областях і полярних районах волога, яка накопичується у вигляді снігу, з часом перетворюється на лід, який має властивість плинності. Льодовики повільно переміщуються в гірських районах по долинах, а на материках (Гренландія і Антарктида) - від центру до периферії. Вони рухаються під впливом сили тяжіння за рахунок течії льоду і ковзання по поверхні землі. Рухається по долині льодовик подібний річці, але швидкість його дуже мала.
Всі льодовики поділяються на три великі групи: гірські, або долинні; зливаються, або льодовики передгір'їв; і покривні, або материкові. Перші виникають у високогірних районах, вони зустрічаються майже на всіх широтах і живляться за рахунок сніжних полів. Другі поширені в приполярних районах біля підніжжя гір, утворюються в місцях виходу долинних льодовиків на широкі рівнини, де хіба що розтікаються в різні боки. Треті представляють собою величезні крижані щити на великих ділянках суші - в Гренландії та Антарктиді. Потужність крижаного панцира змінюється від декількох сотень метрів в гірській частині до 4000 м у центральній. Свердловини, пробурені крізь товщу льоду, дозволяють підняти на поверхню і вивчити склад льоду, утвореного сотні і навіть тисячі років тому.
Льодовик робить сильний вплив на формування рельєфу в результаті як ерозії, так і акумуляції, при цьому ерозія здійснюється шляхом видалення пухкого матеріалу, руйнування і оборювання корінних порід ложа і бортів за допомогою вмерзлі в лід уламків, які переносяться льодовиком по ложу.
Зустрівши на своєму шляху тверді корінні породи у вигляді скель або височин, льодовики (якщо дозволяє потужність) згладжують їх і полірують, залишаючи на них борозни і шрами - сліди абразії від упаяний в лід гострокутних уламків. Так виникають своєрідні льодовикові форми рельєфу - «баранячі лоби» і «курча ші скелі».
У верхніх частинах льодовикових долин в результаті мо розно вивітрювання формуються схожі на амфі театри западини, оточені крутими скелями. Це льодовикові цирки. Вони зазвичай розширюються, поглиблюються і ростуть вгору. Простір між цирками поступово звужується, і врешті-решт залишаються гострі зазубрені гребені і пірамідальні вершини - Карлінг.
Льодовики, рухаючись, захоплюють і переносять величезний обсяг різноманітних уламків, при цьому останні поступово дробляться, обливає і стираються. На території Східно-Європейської рівнини часто зустрічаються валуни гранітних порід різних розмірів. Довгий час ніхто не міг пояснити, яким же чином вони опинилися так далеко від місця свого виникнення. Лише в кінці XIX ст. з'явилися докази, що гранітні валуни перенесені льодовиками, що рухаються зі Скандинавії. Одночасно були виявлені й інші достовірні свідчення - «баранячі лоби», сліди оранки, а також акумулятивні форми льодовикового рельєфу.
При русі льодовик транспортує уламковий матеріал, званий мореною. Залежно від місця перенесення і відкладення, виділяють донну, серединну, бічну і кінцеву морени. Якщо перші три знаходяться в постійному русі, то остання нерухома і фіксує послідовні стадії отступанія краю. Склад морени досить різноманітний - від тонких глин і суглинків до гальки і валунів. Все це хаотично перемішано і не зцементовано.
Крім типових морен, в межах суші на морському шельфі зустрічаються льодовиково-морські освіти-акваморени. Вони формуються в тих місцях, де льодовики спускалися прямо в морі.
Льодовики схильні танення і випаровування. Усередині них, особливо поблизу краю, виникають талі води, що утворюють водні потоки. Вони виносять за межі льодовика велику кількість уламкового матеріалу в підвішеному стані. Відкладення, що виникли в результаті акумуляції з воднольодовикових потоків, називаються флювіоглаціальними. Вони створюють своєрідні форми рельєфу - зандри і ози.
Зандри - це пологий рівнини, розташовані за зовнішнім краєм кінцевих морен. Вони складаються пісками, гравієм і галькою. Ози - це вузькі протяжні гряди, або вали, витягнуті в напрямку руху льодовика. При висоті до 50 м їх довжина нерідко досягає декількох десятків кілометрів. Походження озів пов'язано переважно з внутрільодовикових потоками талих вод.
На краю танучого льодовика нерідко розташовуються тимчасові льодовикового озера. Вони виникають за рахунок подпруживания підльодовикових потоків. У літній період, коли відбувається інтенсивне танення льодовика, в ці озера виноситься більш-менш великий зважений матеріал. У зимовий час потужність потоків вичерпується і вони переносять тільки тонкі частинки. Тому в теплу пору року в Прильодовиково озерах відкладаються піщані опади, а в зимовий - глинисті. По суті, озерно-льодовикові відкладення нагадують в деякій мірі річні кільця наростання в дерев. Річні відклади складаються з чергування темних тонких (зимових) і світлих піщаних смуг. Ці відкладення називають стрічковими глинами.
Отже, льодовики проводять величезну геологічну роботу. Вони руйнують, вирівнюють різноманітні нерівності на земній поверхні, переносять уламковий матеріал і акумулюють його, при цьому створюється неповторний льодовиковий рельєф.
Література
1. Вологдін А.Г. Земля життя. - М., 1996
2. Друянов В.А. Загадкова біографія Землі. - М., 2001
3. Келдер Н. Неспокійна Земля. - М., 1975
4. Опарін А.І. Життя, її природа, походження і розвиток. - М., 1968