Геоморфология, методы и задачи геоморфологии

Некоторые общие сведения о рельефе:

формы рельефа, генезис, возраст

Геоморфология (греч. гео – земля, логос – наука, морфе – форма) – наука о строении, происхождении, истории развития и современной динамике рельефа земной поверхности.

Объектом изучения геоморфологии является рельеф, т.е. совокупность неровностей земной поверхности разного масштаба.

Рельеф поверхности Земли это комплекс форм, имеющих определенное геологическое строение и подверженных постоянному воздействию атмосферы, гидросферы и внутренних сил Земли, т.е. формирование всего многообразия рельефа определяется тремя факторами: эндогенными, экзогенными и климатическими.

Выяснение происхождения рельефа требует его всестороннего изучения, которое включает количественную и морфологическую оценку орографических форм, а также сравнительный анализ геологической, исторической и физико-географической обстановок их образования.

Задачи геоморфологии

Изучение рельефа необходимо при поисках некоторых типов полезных ископаемых, в частности россыпных месторождений, стройматериалов, а также нефтегазоносных структур. В последнее время большое значение приобретает решение обратной задачи – установление возможных коренных месторождений по характеру металлоносности рек и реконструкции древних путей сноса. Необходимы геоморфологические исследования в горном деле при выборе мест для закладки эксплуатационных выработок, определений возможной глубины зон окисления и т.д. Геоморфологические исследования являются обязательной частью инженерно-геологических изысканий. При этом обязательным является учет не только форм рельефа, но и состава пород, главным образом, трещиноватости и закарстованности. В горных странах при проектировании плотин и других гидротехнических сооружений геоморфологические данные имеют большое значение при анализе характера новейшего тектонического развития и сейсмичности. Важны эти исследования в условиях аридных подгорных равнин, в оползневых районах и т.д.

Использование данных геоморфологического анализа не исчерпывается перечисленными задачами и в дальнейшем на протяжении всего курса мы будем расширять этот перечень задач. Но, думаю, достаточно очевидно, что геоморфология очень тесно переплетена с нуждами человека в самых разнообразных областях его деятельности.

Методы геоморфологии

1. Морфометрический метод позволяет дать обобщенную оценку рельефа местности на основе топографического материала: гипсометрию, крутизну склонов, глубину и густоту расчленения поверхности и др.

2. Морфологический метод включает описание внешних особенностей и естественных сочетаний форм рельефа. Различают простые и сложные формы. простые формы характеризуются единством и простотой внешних очертаний, например, песчаная дюна, карстовая воронка. Сложные образуются в результате сочетания ряда простых форм, различных по внешнему виду и генезису (например, древние морские равнины с наложенной гидрографической сетью).

В зависимости от масштаба различают крупные формы рельефа - макрорельеф и мелкие - микрорельеф. К макрорельефу относятся горные возвышенности, равнины, плоскогорья и т.д. К микрорельефу - мелкие детали: песчаная рябь на побережьях, ячейки «сотового типа» выветривания и т.д. Кроме того, выделяют еще мезорельеф. Он выделяется не столь четко и порой провести границу между мезо- и микрорельефом очень сложно.

3. Генетический метод. Все формы рельефа земной поверхности находятся в непрерывном изменении. геоморфология должна устанавливать происхождение рельефа и генетическую связь между его отдельными элементами. одним из важных методов исследований рельефа является изучение естественных сочетаний элементов земной поверхности с целью определения их происхождения и характера развития.

Для выяснения характера эндогенного (глубинного) развития и возраста рельефа используются методы структурной геоморфологии и палеогеоморфологии.

4.Структурно-геоморфологический метод. Основной задачей и содержанием метода является определение характера новейшего развития структурных форм по данным рельефа и геологического строения. Оценка рельефообразующей формы проводится на основе сравнительного анализа ряда факторов: устойчивости пород, слагающих рельеф, а также характера экзогенных и эндогенных процессов. Сравнительный анализ тектонических деформаций и соответствующих орографических форм представляет один из важных методов при структурно-геоморфологических исследованиях.

Палеогеографический метод. аккумулятивный погребенный рельеф изучается различными геологическими методами. изучение же неровностей земной поверхности в областях длительной денудации требует применения комплекса геолого-геоморфологических методов. Процесс формирования денудационного рельефа связан с параллельно протекающим накоплением отложений в сопряженной области аккумуляции. Анализируя толщу новейших отложений в седиментационных депрессиях, коррелятивных этапу формирования денудационного рельефа, и сопоставляя их, можно установить общий характер развития сопряженных областей сноса и накопления. Там, где такое сопоставление невозможно, определяется относительный возраст рельефа, т.е. последовательность его образования, в частности, основные этапы расчленения исследуемого региона. Отрасль геоморфологии, изучающая историю развития денудационного рельефа и возраст денудационных форм, называется палеогеоморфологией.

В последнее время при исследовании рельефа впадин эпиконтинентальных морей и океанов геоморфологические методы широко используются в сочетании с геологическими и географическими. Это дает основание для выделения еще одной быстро развивающейся отрасли – морской геоморфологии. В этой отрасли выделяются два самостоятельных направления: геоморфология морских берегов и геоморфология дна морей и океанов.

некоторые общие сведения о рельефе

Напоминаю: рельеф – это совокупность форм земной поверхности, образующихся в результате сложного взаимодействия земной коры с водной, воздушной и биологической оболочками нашей планеты.

Формы рельефа могут быть замкнутыми (моренный холм, моренная западина) или открытыми (овраг, балка), простыми и сложными, положительными или отрицательными.

Простые формы невелики по размерам, более или менее правильной геометрической формы. Сложные формы – комбинация нескольких простых форм.

Применительно к деятельности экзогенных агентов различают аккумулятивные формы рельефа, сформированные за счет накопления материала (моренный холм, бархан) и денудационные (выработанные, образовавшиеся за счет выноса материала (овраг, котловина выдувания).

Сочетания генетически связанных друг с другом форм рельефа, имеющих сходное строение и закономерно повторяющихся в пределах определенной территории, образуют генетические типы рельефа.

В зависимости от размеров выделяют а) планетарные формы рельефа; б) мегаформы; в) макроформы; г) мезоформы; д) микроформы и

е) формы нанорельефа.

А) Планетарные формы рельефа занимают площади в сотни тысяч и миллионы км². Вся площадь земного шара равна 510 млн.км², следовательно, количество планетарных форм невелико. Планетарные формы подразделяются на 1) материки; 2) ложе океана; 3) пограничные области системы континент-океан; 4) срединно-океанические хребты.

Материки – крупнейшие положительные формы рельефа Земли. Большая часть их является сушей, но значительные площади материков участвуют в строении дна Мирового океана. Важнейшая их особенность состоит в том, что они сложены земной корой материкового типа.

Ложе океана – основная часть дна Мирового океана. лежит, как правило, на глубинах больше 3 км и характеризуется распространением земной коры океанического типа.

Пограничные области системы континент-океан выражены в рельефе, располагаются на границах между материками и океанами, хотя и не везде. Так, на большей части Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого океана материки непосредственно контактируют с ложем океана.

Срединно-океанические хребты представляют самую большую по площади и протяженности горную систему, проходящую через все океаны, но существенно отличающуюся от ложа океана строением земной коры.

Б) Мегаформы - площади порядка сотен и десятков тыс.км². Примеры мегаформ: впадины морей и океанов, например, впадины Мексиканского залива или Карибского моря, горные системы Альп, Большого Кавказа и др.

В) Макроформы – являются составными частями мегаформ. Площади измеряются сотнями или тысячами км², реже десятками тысяч км². К макроформам относятся отдельные хребты и впадины какой-либо горной страны.

Г) Мезоформы – их площади измеряются несколькими км² или десятками км². Примером таких форм могут служить овраги, балки, долины ручьев, отдельные горные хребты, крупные аккумулятивные формы типа барханных цепей и т.д.

Д) Микроформы – неровности, осложняющие поверхность мезоформ; например, карстовые воронки, береговые валы, эрозионные рытвины и т.д.

Е) Формами нанорельефа – очень мелкие неровности, осложняющие поверхность макро-, мезо- или микроформ.Это, например, луговые кочки, мелкие эрозионные бороздки, знаки ряби на морском дне, пляже или на поверхности эоловых форм рельефа.

Деление форм рельефа по величине в значительной степени условно, в природе нет четких границ между указанными выше градациями. Но, несмотря на эту условность, различие в масштабе форм несет определенную генетическую информацию. Так, если планетарные формы рельефа и многие мега- и макроформы сформировались в результате деятельности эндогенных процессов, то образование мезо-, микро- и наноформ обусловлено деятельностью главным образом экзогенных процессов.

Формы рельефа, в образовании которых ведущую роль играют эндогенные процессы, называются морфоструктурами, а формы рельефа, в образовании которых ведущую роль играют экзогенные процессы, – морфоскульптурами (согласно генетической классификации И.П.Герасимова и Ю.А.Мещерякова).

генезис рельефа

главный исходный тезис современной геоморфологии – рельеф формируется в результате взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов. процессы формирования рельефа (эндогенные и экзогенные) взаимосвязаны: экзогенные процессы в ходе своей деятельности либо усложняют, либо упрощают рельеф эндогенного происхождения. Иногда экзогенные агенты вырабатывают более мелкие мезо- и микроформы, в других случаях срезают неровности коренного рельефа, в третьих – происходит погребение или усложнение эндогенного рельефа за счет образования различных аккумулятивных форм. Характер воздействия экзогенных агентов на эндогенный рельеф в значительной степени определяется тенденцией развития рельефа, т.е. являются господствующими восходящие (положительные) движения земной коры или же преобладают нисходящие (отрицательные) движения.

основным источником энергии эндогенных рельефообразующих процессов является тепловая энергия. При этом образуются деформации земной коры: пликативные (без разрыва слоев-пластов) и дизъюнктивные (с разрывом и перемещением блоков земной коры).

Разрывы могут проникать в толщу коры, проходить сквозь нее и достигать очагов расплавления пород. При этом гигантские трещины превращаются в каналы, по которым расплавленное вещество – магма, устремляется вверх. Если магма не достигает поверхности Земли и застывает в толще земной коры, образуются интрузивные тела. Образование крупных интрузий – батолитов, штоков – ведет к механическому перемещению вверх перекрывающих их пород, т.е. также способствует образованию пликативных или дизъюнктивных дислокаций.

Не менее важно при этом динамическое давление, термическое и химическое воздействие внедряющихся магматических пород на осадочные, которые превращаются в результате такого воздействия в метаморфические породы.

Излияние расплавленного материала на поверхность сопровождается выбросами паров воды и газов и называется эффузивным магматизмом или вулканизмом.

Образование разломов в земной коре, мгновенные перемещения масс в недрах Земли сопровождаются резкими толчками, которые на поверхности Земли проявляются в виде землетрясений – наиболее заметных проявлений современных тектонических процессов, протекающих в недрах Земли.

Итак, вертикальные колебательные движения земной коры, которые приводят к образованию разломов, перемещению блоков коры и складчатости, глубинный магматизм, вулканизм и землетрясения – вот те рельефообразующие процессы, источником энергии которых являются внутренние силы Земли. Однако создаваемые этими процессами формы рельефа уже с момента своего зарождения подвергаются воздействию экзогенных процессов и преобразуются ими.

Главный источник энергии экзогенных процессов – энергия Солнца, трансформируемая на земной поверхности в энергию движения воды, воздуха, материала литосферы. Во всех этих процессах принимает участие гравитационная энергия, и поэтому названные процессы не являются чисто экзогенными. К числу экзогенных процессов относятся рельефообразующая деятельность поверхностных текучих вод и водных масс, океанов, морей, озер, растворяющая деятельность поверхностных и подземных вод, а также деятельность льда и ветра. Кроме того, существует целая группа процессов, протекающих на склонах, – так называемые склоновые процессы. И, наконец, две группы процессов, которые также можно отнести к экзогенным: рельефообразующая деятельность организмов, а также хозяйственная деятельность человека – техногенные процессы.

Действие всех этих процессов, как правило, не протекает обособленно, поэтому при определении генезиса рельефа почти всегда возникает вопрос: какому геоморфологическому процессу следует отдать предпочтение, какой из них следует считать ведущим и в наибольшей степени определяющим генезис рельефа.

Что касается планетарных форм рельефа – мегаформ, то их образование связано с эндогенными процессами. То же относится к макрорельефу.

Мезоформы и более мелкие формы рельефа в большинстве случаев связаны с экзогенными процессами, часто в их комплексном проявлении. При этом в качестве ведущего процесса выделяется тот, который придал основные черты данной форме или данному комплексу форм рельефа, даже если в настоящее время этот процесс перестал действовать. Например, ледниково-аккумулятивный рельеф областей последнего поздне-плейстоценового оледенения, четвертичные морские или аллювиальные террасы. В настоящее время эти образования находятся под воздействием других процессов, но, будучи ледниковыми, прибрежно-морскими или флювиальными формами, они еще в достаточной степени сохранили морфологические черты, приобретенные в результате еще недавно действовавших процессов.

Когда же в образовании формы или комплекса форм одновременно участвуют два или несколько факторов, соизмеримых по своему морфологическому значению, говорят о сложном, комплексном происхождении рельефа. Генезис рельефа определяется в ходе полевых наблюдений, на основе которых устанавливаются характерные черты того или иного генетического типа рельефа, признаки денудационных или аккумулятивных форм рельефа. Чрезвычайно важным при установлении генезиса рельефа является изучение отложений, слагающих аккумулятивные формы рельефа. Аллювиальные, пролювиальные, морские, ледниковые отложения характеризуются вполне определенными литологическими признаками, позволяющими установить генезис слагаемых ими аккумулятивных форм. Но о специфических особенностях и диагностике генетических и фациальных типов отложений поговорим при рассмотрении различных генетических групп рельефа.

Возраст рельефа

в геологии возраст пород является одной из важнейших геологических характеристик. Основное содержание общих геологических карт составляет, по существу, отражение на них возраста пород. Определение геологического возраста пород основывается на данных палеонтологии, литологии и абсолютной геохронологии.

важной задачей геоморфологии, может быть, даже более сложной, чем в геологии, особенно, когда речь идет об определении возраста форм денудационного рельефа, является выяснение возраста рельефа. В геоморфологии, как и в геологии, обычно используют понятия относительный и абсолютный возраст.

Относительный возраст рельефа имеет в геоморфологии несколько аспектов.

1. Определение стадии развития рельефа по комплексу характерных морфологических и динамических признаков.

2. Изучение временных взаимоотношений одних форм с другими.

3. Установление геологического отрезка времени, когда рельеф приобрел черты, аналогичные его современному облику.

Итак, в отношении первого аспекта. Как показал еще Вильям Дэвис в конце позапрошлого века, развитие рельефа какой-либо территории или отдельно взятой формы, является стадийным процессом. Поэтому под относительным возрастом рельефа можно понимать определение стадии его развития. примером может служить развитие рельефа морских берегов или речных долин. Во время последнего покровного оледенения (около 20 тыс.лет назад) уровень океанов и морей был ниже современного на 100-150 м. По мере таяния материковых ледниковых покровов уровень Мирового океана постепенно повышался и достиг современной отметки. Воды океанов и морей затопили прибрежные равнины. Возникли береговые линии, характеризующиеся сильной изрезанностью. Образование изрезанных берегов, называемых ингрессионными, может рассматриваться как начальная стадия современного берега. Далее абразионные процессы способствовали образованию уступов в высоких склонах мысов и постепенному их срезанию разрушительной работой волн. В это же время в вершинах заливов возникают первые береговые аккумулятивные формы. Это стадия юности развития берега. Позднее мысы срезаются, а бухты (заливы) полностью отшнуровываются от моря аккумулятивными образованиями, берег выравнивается. Выравнивание береговой линии знаменует стадию зрелости берега. Дальнейшее развитие ведет к затуханию абразионного процесса. У мысов начинается аккумуляция. Сокращение поступления обломочного материала приводит к частичному размыву аккумулятивных форм, образовавшихся ранее в устьях бухт. Это стадия дряхлости или старости.

Теперь рассмотрим другой пример – формирование речной долины на поверхности, освободившейся недавно из-под ледникового покрова. На первых порах река имеет слабо врезанное в подстилающие породы, невыработанное русло. В процессе развития русло постепенно врезается в подстилающие породы, но в его продольном профиле еще остаются многочисленные неровности. Это стадия юности речной долины. Дальнейшее врезание ведет к выработке закономерно вогнутого продольного профиля, врезание русла по вертикали сменяется размывом бортов долины. Наряду с руслом формируется пойма. Речная долина вступает в стадию зрелости. далее боковая эрозия приводит к расширению поймы, река блуждает в пределах этой поверхности, течение ее становится замедленным, а русло извилистым. Наступает стадия старости речной долины.

Понятие относительный возраст рельефа применяется также для установления взаимоотношений одних форм с другими. В общем случае любая форма является более древней по отношению к формам, осложняющим ее поверхность, и, следовательно, сформировавшимся в более позднее время.

Определение относительного геологического возраста рельефа означает установление того геологического отрезка времени, когда рельеф приобрел черты, в основном аналогичные его современному облику. Если речь идет об аккумулятивных формах рельефа, то вопрос сводится к определению обычными геологическими методами возраста слагающих эту форму отложений. Так, например, аллювиальная терраса, сложенная среднечетвертичными отложениями, имеет среднечетвертичный возраст, а древние дюны, сложенные эоловыми плиоценовыми отложениями, имеют плиоценовый возраст. Но это, я подчеркиваю, относится к аккумулятивным формам рельефа.

Значительно сложнее обстоит дело с установлением возраста выработанных форм рельефа. Известный палеогеограф и геоморфолог К.К.Марков рекомендует несколько способов определения возраста денудационных форм рельефа.

1. Определение возраста по коррелятным отложениям. при образовании какой-либо денудационной формы, например, оврага, в его устье накапливаются продукты разрушения пород, в которые врезается данный овраг, в виде аккумулятивной формы рельефа – конуса выноса. Здесь остается лишь установить геологическими методами возраст осадков, слагающих конус выноса, что дает ключ и к определению возраста выработанной формы – оврага.

2. Метод возрастных рубежей. суть его заключается в определении возраста двух горизонтов отложений, фиксирующих верхний и нижний рубежи образования данной выработанной формы рельефа. например, долина реки врезана в поверхность, сложенную отложениями неогена (N). На дне долины под современным аллювием залегают ледниковые осадки раннечетвертичного времени (Q_I). Следовательно, рассматриваемая долина сформировалась на границе N-Q_I: она врезана в N отложения, т.е. она моложе их, и выполнена нижнечетвертичными ледниковыми образованиями, т.е. старше их. Это метод применим и для определения геологического (относительного) возраста и аккумулятивного рельефа.

3. Определение времени " фиксации" денудационного рельефа. В ряде случаев денудационные поверхности бывают перекрыты (фиксированы) корой выветривания. Определение возраста коры выветривания дает ответ на вопрос о возрасте денудационной поверхности.

4. Определение относительного геологического возраста рельефа путем прослеживания фациальных переходов. Этот метод применяется при решении задачи о возрасте тех аккумулятивных форм, которые сложены осадками, не содержащими палеонтологических остатков, т.е. " немыми" толщами. Прослеживая в пространстве данную пачку отложений до фациальной смены ее осадками, содержащими палеонтологические остатки, устанавливают одновозрастность обеих пачек отложений и, следовательно, одновозрастность образуемых ими форм рельефа. Так, например, можно установить возраст аллювиальной террасы, если ее удается проследить до перехода в прибрежно-морские отложения, возраст которых определяется палеонтологическим методом. Таким же образом можно определить возраст некоторых денудационных форм рельефа, например, путем прослеживания абразионной морской террасы до ее сопряжения с аккумулятивной.

Абсолютный возраст рельефа. В последние десятилетия благодаря развитию радиоизотопных методов исследования широко применяется определение возраста отложений и форм рельефа в абсолютных единицах – в годах. В настоящее время для определения абсолютного возраста широко используются калий-аргоновый (K-Ar), рубидий-стронциевый (Rb-Sr), радиоуглеродный (¹⁴C) и прочие методы, каждый из которых имеет свои пределы применимости. Кроме того, для определения абсолютного возраста пород и форм рельефа используются и другие физические методы: палеомагнитный, термолюминесцентный, амино-кислотный (это, скорее, химический метод) и др.