Геоморфология. Общие вопросы, часть III (Генезис рельефа)

1. Геоморфология

Общие вопросы, часть III

2. Генезис рельефа

• Устанавливается по морфологии и геологическому субстрату
• Рельеф есть результат совместного (но в разных пропорциях) протекания
эндогенных (геодинамических) и экзогенных (литодинамических)
рельефообразующих процессов
• Генезис форм почти всегда комплексный, но, как правило, можно выделить
ведущий рельефообразующий процесс, который придал данной форме или
комплексу форм их основные черты
• Реликтовый рельеф в настоящее время прекратил развитие в связи с
изменением климатических и других условий; он постепенно утрачивает
свои характерные черты
• Погребенный рельеф можно встретить в областях аккумуляции, где он
захоронен под толщами новейших осадков. В редких случаях он может быть
вскрыт (например, эрозией) и снова окажется на поверхности –
«откопанный» рельеф

3.

Современный овраг –
эрозионный рельеф
Современный
голый карст
Действующий вулкан
Ключевская сопка,
Камчатка

4.

Погребенная и
современная
речные долины

5.

Сейд – реликтовый ледниковый
рельеф, результат постепенного таяния
мореносодержащего льда
Вскрытый эрозией при строительстве
ГЭС палеовулкан Гирвас (Карелия),
лавы возрастом около 2,1 млрд. лет

6. Рельефообразующие процессы

Эндогенные
(геодинамические):
• Тектонические движения
• Магматизм
Источники энергии:
• Эндогенные процессы –
внутренняя энергия Земли
• Экзогенные процессы – сила
тяжести у поверхности Земли и
солнечная энергия
Экзогенные (литодинамические):
• Склоновые
• Флювиальные
• Карст
• Ледниковые
• Мерзлотные (криогенные)
• Эоловые
• Береговые
• Морские течения и
осадконакопление
• Ударные
• Биогенные
• Антропогенные

7. Взаимодействие эндо- и экзопроцессов

• Эндогенные процессы создают основную матрицу рельефа, а экзогенные усложняют
либо, напротив, сглаживают ее
• Планетарный рельеф = геотектуры; формы, созданные при решающем участии
эндогенных процессов = морфоструктуры, экзогенных = морфоскульптуры
• Если суммарный эффект эндогенных процессов больше, то говорят о восходящем
развитии рельефа (увеличивается его контрастность); если больше суммарный
эффект экзогенных процессов, то говорят о нисходящем развитии рельефа
(контрастность уменьшается)
• Эпохи восходящего и нисходящего развития рельефа продолжительностью в десятки
миллионов лет чередуются в рамках общей цикличности эндогенного
рельефообразования
• Эндогенные процессы обычно сильнее, поэтому могут напрямую влиять на
протекание менее мощных экзогенных. Например: сильное вулканическое
извержение в корне перестраивает весь окружающий ландшафт
• Однако экзогенные процессы тоже могут опосредованно влиять на эндогенные,
например, через процессы изостатической компенсации земной коры:
• гляциогенной
• гидрогенной и др.

8.

Гляциоизостатическая компенсация
Гляциоизостатическое поднятие
Балтийского щита после исчезновения
последних ледников 8–7 тыс. лет назад
(по Н. И. Николаеву): 1 — изогипсы в
метрах, 2 — граница каледонид
Норвегии, 3 — граница Балтийского
щита
Уровень моря 11 т.л.н.
Гренландия без ледникового
покрова

9. Возраст рельефа

• Это возраст формы – в отличие от геологического (возраст содержания)
• Геоморфологический возраст ≤ геологический возраст, чаще геологический возраст
значительно больше
• Примерное равенство наблюдается только у молодых аккумулятивных форм,
например, у речных пойм
• Рельеф часто «запаздывает» относительно тектонического развития, проявляется
при больших его скоростях и выравнивается при меньших; в одной и той же
тектонической зоне рельеф может возникать неоднократно
• Абсолютный и относительный возраст рельефа
• Абсолютный – в годах, от сегодня; обычно используется в привязке к абсолютному
геологическому возрасту (определяется радиоизотопными и др. методами), что не
всегда корректно
• Более объективно понятие относительного возраста рельефа, которое
определяется:
• относительно других форм
• как стадии развития в рамках цикла рельефообразования
• в привязке к относительному геологическому возрасту

10. Относительно других форм

Вулканический кратер моложе
вулканического конуса, на
котором он находится
Пойма и надпойменные
террасы младше речной
долины, в которой они
находятся

11. Стадии развития рельефа

• Выделяются в рамках одного цикла развития данного рельефа
• Устанавливаются по наблюдаемой морфологии рельефа и
характеру протекающих процессов
• Обычно выделяют три-четыре стадии
• Стадии по У. Дэвису: юность, зрелость, дряхлость (старость)
• Наибольшая контрастность рельефа и активность процессов
наблюдаются на стадии юности или зрелости

12.

Послеледниковая (фландрская) трансгрессия
Три стадии развития ингрессионного берега: стрелки
на первых двух стадиях – концентрация или
рассеивание волновой энергии, на третьей –
возможное направление вдольберегового переноса

13.

Стадия зрелости Бретань
Стадия юности –
юго-западная
Ирландия
Стадия
дряхлости Аквитания

14.

Стадии развития эрозионного рельефа в условиях
горизонтального и моноклинального залегания пластов

15.

Стадии развития
горноледникового рельефа и
тропического карста

16. Цикличность рельефообразования

• У каждого типа рельефа свой цикл развития со своей
продолжительностью и регуляторами
• Циклы не тождественны, но обычно имеют ту или иную степень
унаследованности
• Самая крупная цикличность развития тектонического рельефа,
вероятно, связана с космическими факторами – разные
гравитационные и другие условия при движении Солнечной
системы вокруг центра Галактики (галактический год составляет
около 225 млн лет)
• Цикл Уилсона: от суперконтинента до суперконтинента – главный
цикл тектоники литосферных плит

17.

Цикл
Уилсона

18.

Стадии цикла
Уилсона на
современном
этапе

19. Другие эндогенные циклы

• Внутри цикла Уилсона менее продолжительные тектонические циклы – геократические
(=горообразовательные, тектоническая активизация, увеличение контрастности рельефа) и
талассократические (тектонический покой, сглаживание рельефа) эпохи
• Геоморфологический этап – Mz + Kz – от начала распада Пангеи, возникновение и развитие
практически всего наблюдаемого рельефа, начиная с планетарного
• Новейший тектонический (неотектонический) этап ≈ 30 млн лет – последняя геократическая
эпоха, основное развитие наблюдаемых морфоструктур
• Плиоцен + плейстоцен – основное развитие наблюдаемых морфоскульптур
• Современный этап – наблюдаемое развитие рельефа
• «Парадокс скоростей» - измеряемые скорости тектонических движений на порядок
превосходят расчетные по амплитудам рельефа; это объясняется, возможно,
волнообразным характером тектонического развития: смена поднятий и опусканий на фоне
общего восходящего или нисходящего тренда
• Циклы развития магматического рельефа в целом подчиняются стадиям тектонического
цикла и зависят от размеров, глубины залегания, длительности существования основного
магматического очага и эволюции магмы внутри него

20. Экзогенные циклы

• В целом подчиняются эндогенным и имеют свои регуляторы
• Флювиальный рельеф – эрозионно-аккумулятивный цикл - колебания
базиса эрозии
• Карст – карстовый цикл - колебания базиса эрозии и особенности
карстующихся пород (трещиноватость и чистота известняков от
глинистой примеси)
• Ледниковый и мерзлотный рельеф – климатические колебания
• Береговой рельеф – колебания уровня моря и тектонические
движения
• Антропогенный рельеф – экономическая или др. потребность и
технологическая возможность

21. Привязка к относительному геологическому возрасту

• Аккумулятивные формы – относительный возраст устанавливается по
геологическому субстрату методом биостратиграфии
• Денудационные формы – определение относительного возраста
возможно не всегда, но есть ряд методов:
• Метод коррелятных отложений (если они надежно установлены)
• Метод возрастных рубежей («возрастная вилка», если есть достаточные
геологические данные)
• Фиксация корой выветривания (на основании геологического возраста коры
выветривания, покрывающей денудационную поверхность)
• Метод фациальных переходов (прослеживание денудационной формы до
сопряженной аккумулятивной с фоссилиями, например, сопряженные речные и
морские террасы: биостратиграфией определяется относительный возраст
морской террасы и делается вывод о близком возрасте сопряженной с ней речной)

22.

Метод коррелятных отложений
Метод возрастных рубежей
Установление «вилки возрастов»
вмещающего и заполняющего комплексов:
возраст речной долины соответствует
рубежу N и Q (при этом может быть
позднеплиоценовым или ранним
раннечетвертичным)

23. Факторы рельефообразования

• Активные: эндогенные и экзогенные процессы, которые создают
рельеф (см. выше)
• Пассивные – факторы среды, которые влияют на формирование
рельефа:
• Вещественный состав горных пород
• Геологические структуры
• Климат
• Рельеф
• Пассивные факторы определяют набор рельефообразующих
процессов, степень их интенсивности и пространственную
локализацию

24. Вещественный состав горных пород

• Определяет общую устойчивость к выветриванию и денудации за
счет различия в свойствах:
• Кристаллические/осадочные горные породы
• Структурно-текстурные особенности
• Теплопроводность
• Растворимость
• Водопроницаемость
• Просадочность
• На более устойчивых породах обычно развиваются
положительные формы, на менее устойчивых - отрицательные

25.

Рапакиви –
«гнилой
камень»
Серый
мелкокристаллический
гранит

26.

Отдельность: призматическая в базальтах и матрацевидная в гранитах

27.

Фумаролы в кальдере вулкана
Мутновский (низкая теплопроводность)
Карстовый массив (хорошая
растворимость водой)

28.

Разная густота
речной сети в
западной части
Ленинградской
области
вследствие
разной водопроницаемости
залегающих с
поверхности
пород
Лёсс – просадочные формы

29. Геологические структуры

• Геологическая структура – форма залегания горных пород
• «Развивающаяся» (значимые скорости) – тектонический рельеф,
важнее динамические характеристики, и «мертвая» (пренебрежимо
малые скорости развития) – структурно-денудационный рельеф,
важнее статические характеристики
• Структурно-денудационный рельеф более конформен геологической
структуре, чем тектонический рельеф
• Структурно-денудационный рельеф проявлен в областях денудации
(все возвышенности) и, особенно, в засушливых условиях
• Для формирования структурно-денудационного рельефа в составе
структуры должны быть бронирующие пласты, по кровлям которых
этот рельеф и развивается – т.н. селективная денудация

30. Структурно-денудационный рельеф

• Массивная структура осадочных пород – рифовые возвышенности
• Горизонтальное напластование – столовые страны, столовоостанцовые возвышенности, структурные террасы
• Моноклинальная структура – куэстовый рельеф
• Складчатая (пликативная) структура – денудационный горноскладчатый рельеф
• Разрывная (дизъюнктивная) структура – денудационный горноглыбовый рельеф
• Инъективная структура – магматический структурно-денудационный
рельеф
• В условиях горного рельефа структурно-денудационный рельеф
разных типов и возраста «накладывается» друг на друга и соседствует
с тектоническим – сложность идентификации

31.

Шихан Юрактау (Башкортостан) – нижнепермский риф, 200 м над основанием

32.

Столово-останцовые
возвышенности: Мангышлак
(вверху), Юта (внизу)
Структурные террасы в
каньоне р. Колорадо,
врезанном в столовую
страну

33.

Американская классификация столово-останцовых возвышенностей,
представленных в Долине Монументов (Юта-Аризона)

34.

Баклинская и
другие куэсты в
северных
предгорьях Крыма
Куэсты
швейцарской Юры

35.

Плато Гуниб (Дагестан) –
отпрепарированная
синклиналь
Гора Монаднок (Нью-Гэмпшир) –
отпрепарированный надвиг каледонской
складчатости, кварциты и кристаллические
сланцы (верхнее фото – вершина)

36.

Тункинская рифтовая долина
Склон горста, Западный Саян

37.

Карадаг: среднеюрский
(173 млн. лет) вулкан
Отпрепарированное
жерло
Отпрепарированная дайка

38.

Каппадокия (Турция): «каменные
грибы» – лавовые «шляпки», туфовые
«ножки», позднемиоценовый
максимум вулканической активности
Аю-Даг (Крым) – отпрепарированный
среднеюрский лакколит, габбродиабаз, 570 м над уровнем моря

39. Климат

• Географическая зональность и высотная
поясность
• Типы климата по геоморфологической
роли (А. Пенк):
• Нивальный – холодные пустыни
• Субполярный – тундра и лесотундра
• Гумидный – леса умеренного и
тропического пояса
• Семигумидный – лесостепь и влажная саванна
• Семиаридный – степь и сухая саванна
• Аридный – пустыни и полупустыни
• Каждому типу присущ свой набор и
характер экзогенных процессов

40.

41.

42. Рельеф

• Существующий рельеф создает среду для дальнейшего
рельефообразования
• Набор рельефообразующих процессов: вертикальная поясность,
барьерная функция горного рельефа
• Их интенсивность: «энергия рельефа», определяемая его
вертикальной расчлененностью – интенсивность склоновой
денудации, эрозии, карста, ледникового воздействия
• Пространственная локализация: выпуклые формы рассеивают
вещественные потоки у земной поверхности, вогнутые, напротив,
концентрируют их

43.

Орографические барьеры:
пустыня Такла-Макан и река
Тарим в горном «мешке» между
Тянь-Шанем и Кунь-Лунем

44.

Маленькая вертикальная
расчлененность = низкая энергия
рельефообразования
Большая вертикальная
расчлененность = высокая
энергия рельефообразования

45. Выветривание

• Совокупность процессов физического и химического изменения горных пород в
условиях земной поверхности и вблизи нее, часть гипергенеза
• Выветривание → экзогенное рельефообразование (денудация + аккумуляция)
• Значение выветривания для рельефообразования: мобилизация исходной
породы (в большинстве случаев происходит дезинтеграция) и создание
бронирующих пластов (в условиях, когда возможна цементация).
• Выветривание зависит от климата и делится на физическое, химическое и
биогенное
• Кора выветривания (элювий) – совокупность несмещенных продуктов
выветривания
Десятичная классификация обломочных пород
Обломок
Глыба
Валун
Галька/
щебень
Гравий/ Песок
дресва
Ил
(алеврит)
Глина
Размер
>1м
10-100
см
1-10 см
1-10 мм
0,01-0,1
мм
0,0010,01 мм
0,1-1
мм

46. Физическое выветривание

• Температурное, морозное, солевое,
гигрогенное – механическое разрушение,
«грубый помол» - до песка
• Дезинтеграция породы → повышение ее
мобильности и ускорение химического
выветривания (увеличение площади
соприкосновения с внешними средами)
• Для физического выветривания
благоприятны резкие температурные
контрасты (аридные и нивальные условия)
Такыр - гигрогенное
выветривание

47.

Десквамация валуна за счет температурного
выветривания
Каменные решетки: солевое выветривание +
дефляция
Морозное выветривание: расклинивание льдом
трещин

48. Химическое выветривание

• Изменение химического и минералогического состава исходной породы, «тонкий
помол» - от песка до глины (вместе - мелкозем)
• Химический состав меняется в сторону обеднения: постепенное вымывание всех
растворимых соединений
• Минералогический состав меняется в сторону замещения первичных минералов
вторичными (обычно глинистыми - каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др.):
• Гранит (кварц + слюда + полевой шпат) → кварцевый песок + каолинитовая глина
• Агенты: вода, кислород, углекислый газ, органические и неорганические кислоты
• Растворение, окисление, гидролиз и гидратация – главные химические реакции
• Химическое выветривание наиболее активно в гумидных условиях, особенно
теплых
• Гальмиролиз – химическое выветривание в подводных условиях за счет донных и
циркулирующих в осадке вод; образование глауконита (мелководная морская
гидрослюда), бентонита (подводное изменение вулканического пепла),
железомарганцевых конкреций, хардграундов (подводные сцементированные
коры)

49.

Обилие песчаных пляжей
в тропиках – результат
активного химического
выветривания,
поставляющего много
мелкозема
Железомарганцевые
конкреции – результат
гальмиролиза
Проникновение
химического
выветривания (в
основном окисления)
вглубь песчаника

50. Биогенное выветривание

• Может быть сведено к совокупности
физического и химического
воздействия организмов на породу
• Однако формирует отдельный
продукт – почву, для которой кора
выветривания является материнской
породой
• Наиболее активно в теплых и
влажных условиях
Разрушение растущей корневой системой и
землеройки – физическая составляющая
биогенного выветривания

51. Коры выветривания

• Обломочная – только физическое
выветривание
• Гидрослюдистая – гумидная зона
умеренного пояса
• Монтмориллонитовая – степная зона,
черноземы
• Каолинитовая – гумидная зона
субтропиков и тропиков
• Латеритная – длительный период
влажных тропических условий
• Цементация может осуществляться
солями - в аридных условиях и окислами
железа – в гумидных
Гамада Эль-Хамра (Ливия) –
обломочная кора выветривания

52.

Глинистые коры выветривания
Гидрослюдистая
Монтмориллонитовая
Каолинитовая

53.

Солончак –
цементация солями
в аридных условиях
Охристо-каолинитовая красноземная кора
выветривания, типичная для саванны
Латеритная кора выветривания –
цементация окислами железа в
переменно-влажных тропиках

54.

Зависимость
мощности и состава
коры выветривания
от климата
1 – свежая порода; 2 – зона дресвы, химически
малоизмененной; 3 – гидрослюдистомонтмориллонитово-бейделлитовая зона; 4 –
каолиновая зона; 5 – охры, оксиды алюминия; 6
– панцирь, оксиды железа и алюминия