Эндогенные процессы в литосфере

В современной науке говорят о рельефе и его главных компонентах: внешнем виде, историческом происхождении, постепенном развитии, динамике в современных условиях и особых закономерностях распространения с точки зрения географии, а также часто упоминают эндогенные и экзогенные процессы. Именно частью географии как общности и как комплексной науки можно считать геоморфологию, для которой, собственно, и характерно упомянутое выше определение. В данном внутригеографическом научном ответвлении сегодня доминирует представление о рельефе как конечном продукте взаимного влияния экзогенных и эндогенных геологических процессов.

Экзогенные процессы

Под экзогенными процессами понимаются такие геологические процессы, которые обусловлены внешними относительно Земного шара источниками энергии, сочетающиеся с силой тяжести. К преимущественным источникам энергии относят солнечное излучение. Экзогенные процессы протекают в приповерхностной зоне и непосредственно на поверхности земной коры. Они представлены в виде физико-химического и механического взаимодействия земной коры с водным и воздушным слоями. Экзогенные процессы отвечают в природе за разрушительную работу с целью сглаживания неровностей поверхности, которые, свою очередь, формируются эндогенными процессами, а именно - происходит срезание выступов и заполнение рельефных впадин продуктами разрушения.

Эндогенные процессы

Земной шар претерпевает постоянные изменения. Эндогенные и экзогенные геологические процессы антагонистичны. Они способны отменить влияние на Землю своего оппонента. Эндогенными процессами являются такие геологические процессы, которые напрямую связаны с энергией, рождающейся в глубоких недрах твердой земной поверхности (литосферы). Свойство эндогенности характерно для многих основополагающих явлений в области формирования земной поверхности. К эндогенным относят метаморфизм горных пород, магматизм, сейсмоактивность. Пример эндогенных процессов - тектонические движения земной коры. Главными источниками энергии данного вида процессов выступают тепловые, а также материальное перераспределение в недрах в соответствии с плотностью тех или иных материалов (научно именуется гравитационной дифференциацией). Эндогенные процессы подпитываются (как ясно из названия) внутренней энергией Земного шара и проявляются первоочередно в разнонаправленных перемещениях громадных масс горных пород коры Земли, а вместе с ними расплавленного вещества земной мантии. В результате эндогенных процессов создаются крупные неровности на земной поверхности. Именно эти процессы отвечают за формирование гор и горных хребтов, межгорных прогибов, впадин океанов.

Во взаимовлиянии экзогенных и эндогенных вариантов процессов развивается земная кора и ее поверхность. Мы займемся рассмотрением процессов-конструкторов, то есть эндогенных геологических процессов, которые, собственно, и создают самые крупные части земного рельефа.

Эндогенные группы

В числе эндогенных выделяется 3 группы плотно взаимосвязанных, но при этом самостоятельных процессов:

• магматизм;
• землетрясения;
• тектонические влияния.

Более подробно рассмотрим каждый процесс.

Магматизм

К эндогенным процессам относятся вулканические явления. Под ними следует понимать процессы, основанные на перемещении магмы на поверхность земной коры и в ее верхние слои. Вулканизм демонстрирует человеку ту материю, которая находится в недрах Земли, ученые имеют возможность познакомиться с ее химсоставом и физическим состоянием. Вулканические явления проявляются далеко не повсеместно, а только в так называемых сейсмоактивных районах, к которым, собственно, и приурочена возможность таких явлений. Территории с действующими или спящими вулканами на них зачастую претерпевали геологические изменения в ходе исторического процесса. Магма, проникая во внутренние эндогенные процессы Земли, поверхности может и не достигнуть, в таком случае она застывает где-то в земных недрах и образует особые интрузивные (глубинные) горные породы (к ним относят габбро, гранит и многие другие). Явления, результатом которых является проникновение магмы внутрь земной коры, получили наименование платонизма, а иначе - глубинного вулканизма.

Землетрясения

Землетрясения, которые также входят в число основных эндогенных процессов, проявляются на определенных участках поверхности Земли, выражаясь в кратковременных толчках. Всем понятно, что землетрясения, как природные бедствия, наряду с вулканизмом всегда были близки человеческому обществу, а вследствие этого и поражали воображение людей. Землетрясения не проходили бесследно для человека, нанося его хозяйству (а иногда даже здоровью и жизни) колоссальный ущерб в форме разрушения зданий, нарушения целостности сельскохозяйственных посевов, тяжелых травм или вовсе гибели.

Тектонические влияния

Кроме землетрясений, представляющих собой кратковременные и мощные колебания, земная поверхность испытывает влияния, при которых некоторые ее участки поднимаются, в то время как другие опускаются. Такие движения коры происходят невообразимо медленно (в соотношении с темпами нашей обыденной жизни): их скорость эквивалентна изменениям на уровне нескольких сантиметров или даже миллиметров за столетие. Так что они, естественно, недоступны наблюдениям человеческого глаза, измерения просятся только с использованиям особых измерительных приборов. Однако, как ни парадоксально, для облика нашей планеты эти изменения очень существенны, да и в исторических масштабах скорость их не столь уж мала. Поскольку такие движения происходят постоянно и повсеместно на протяжении многих сотен, а то и миллионов лет, их итоговые результаты впечатляют. Под влиянием тектонических движений (а они называются именно так), многие территории суши превратились в глубокое океанское дно, наоборот, с таким же успехом некоторые участки поверхности, которые сейчас возвышаются над уровнем моря на сотни, тысячи метров, некогда были скрыты под плотным водным покровом. Как и все в природе, интенсивность колебательных движений различна: на одних участках тектонические процессы более стремительны и оказывают большее влияние, тогда как в других местах они гораздо медленнее и менее значительны.

В данной статье мы сосредоточим внимание именно на тектонических процессах, так как они имеют решающее значение в области формирования рельефа, а значит и внешнего облика нашей планеты. Итак, тектоника определяет характер и план будущих очертаний форм рельефа Земного шара на многие века.

Тектонические блоки

Еще раз обозначим, что под тектоническими изменениями понимаются эндогенные процессы формирования рельефного образа. Тектоника напрямую связана с перемещениями особых монолитных блоков, представляющих собой отдельные фрагментарные части земной коры. Важно понимать, что эти блоки отличаются друг от друга:

• по толщине (минимально от единичных метров и десятков метров, а максимально до километров, исчисляемых десятками);
• по площади (самые маленькие составляют десятки и сотни километров в квадрате, а самые крупные доходят по площади до миллионных значений);
• по характеру деформирования горных пород, слагающих земную кору (вновь выделим два вида изменений: разрывные и складчатые);
• по направлению перемещения (выделяют два вида разнонаправленных перемещений: горизонтальные и вертикальные тектонические движения).

История развития учений о тектонике

Вплоть до середины 20-го столетия в геоморфологии и геологии на лидирующих позициях была концепция фиксизма. Ее основу составляло представление о том, что главным, доминирующим видом колебательных движений следует считать вертикальные, в то время как горизонтальный вид движений второстепенен. Таким образом, геологи полагали, что все крупнейшие формы земного рельефа (а именно океанические впадины и даже целые континенты) были созданы исключительно за счет вертикальных движений коры. Континенты значились в качестве зон поднятия поверхности, а океаны воспринимались, как зоны ее опускания. Этой же теорией объяснялись, и нужно признать довольно-таки понятно и обоснованно, и образование меньших в размерном соотношении неровностей рельефа, а именно, отдельно стоящих гор, горных хребтов и разделяющих эти самые хребты понижений.

Однако, как известно, со временем представлениям свойственно меняться, а любая истина может легко из статуса абсолютной превратиться в относительную. Ученый-геолог по имени Альфред Вегенер акцентировал внимание научного сообщества на том факте, что очертания и форма разных континентов в геометрическом плане довольно хорошо сочетаются друг с другом. В это же самое время началась активная деятельность по сбору геологических и палеонтологических данных с различных, доступных к изучению на тот момент материков. Эти исследования показали интересную вещь: на материках, расположенных в настоящее время на расстояниях, равным многим тысячам километров друг от друга, в далеком прошлом обитали абсолютно идентичные существа, более того, в силу особенностей строения многие виды существ не имели совершенно никакой возможности пересечь невероятно большие водные пространства.

Все тот же Вегенер провел неоценимую работу по анализу громадного объема палеонтологических и геологических данных. Он сравнил их с очертаниями существующих ныне материков, а по результатам своих исследований высказал теорию о том, что в прошлой жизни материки на поверхности Земли располагались совершенно не так, как сейчас. В дополнение к этому ученый попытался совершить уникальную реконструкцию общего вида суши прошлых геологических эпох. Расскажем о теории Венгера подробнее.

По его мнению, в пермский период палеозоя на Земле реально существовал один суперматерик огромных размеров, который назывался Пангея. К середине юрского периода мезозоя он разделился на две независимых части – материки Гондвану и Лавразию. Далее число материков неизменно возрастало: Лавразия распалась на современные Северную Америку и Евразию, а Гондвана, в свою очередь, поделилась на Африку, Южную Америку, Антарктиду, Австралию и Индостан (позже Индостан стал Евразией). Собственно говоря, так и произошло падение концепции фиксизма. Обоснованно объяснить изменения в очертаниях материков такого плана и дальнейшие перемещения материков по поверхности Земли в рамках этой теории стало невозможно.

Вегенер на этом не остановился. Крушение фиксизма он закрепил предположением о том, что материки, приняв вид огромных литосферных блоков, двигаются вовсе не в вертикальном, а в горизонтальном направлении. Более того, именно горизонтальные движения, с его точки зрения, являются главными тектоническими колебаниями, имевшими решительное влияние на облик нашей планеты. Теория Альфреда Вегенера была названа теорией континентального дрейфа, а ее приверженцы стали именоваться мобилистами (в противовес фиксистам). Возможно, Вегенер смог бы внести свою лепту в изучение и иных эндогенных и экзогенных геологических процессов, но он остановился на этом этапе.

Как бы то ни было, кроме не полностью обоснованных заключений самого Вегенера и палеонтологических данных, никаких подтверждений действительности серии дрейфа континентов не было. Для того же, чтобы получить данные для подтверждения или опровержения новой теории и, наконец, понять, по какой причине происходит перемещение материков, нужно было более тщательно изучить строение земной коры. Однако более важным пунктом был второй аспект работы: требовалось как можно более полно изучить устройство дна океанов, до тех пор вообще никак не исследованного. Только представьте: по мнению, существовавшему на тот момент у подавляющего большинства ученых, океаническое дно было совершенно ровной поверхностью!

Континентальная и океаническая кора

Данные исследования были проведены и дали совершенно неожиданные результаты. К удивлению ученых, рельеф Земли под океаническим слоем и под континентами оказался устроен различно.

Континентальная земная кора мощная и стоит из трех слоев:

• верхний (сформирован осадочными породами осадочного слоя, который образуется на земной поверхности);
• гранитный (следующий за верхним);
• базальтовый (два нижних слоя образованы породами, рожденными в земных недрах вследствие остывания и дальнейшей кристаллизации мантийного вещества).

Земная кора на дне океанов очень сильно отличается. Она более тонка и состоит лишь из двух слоев:

• верхний (сформирован осадочными породами);
• базальтовый (пропущен гранитный слой).

Произошла самая настоящая революция: стало возможно и, более того, было доказано на деле существование двух различных типов земной коры: океанического и континентального.

Мантийный слой

Ниже земной коры - мантия, вещество которой представлено в расплавленном состоянии. Астеносфера - мантийный слой, располагающийся на глубине 30-40 километров под океанами и 100-120 километров под континентами. Он, если судить по данным скоростных качеств сейсмических волн, наделен высокой пластичностью, и даже таким свойством, как текучесть. Следует усвоить, что абсолютно все слои выше астеносферы представляют собой литосферу. То есть в своеобразную литосферную формулу входят кора Земли и слой мантии над астеносферой.

Рельеф дна океана

Рельеф океанического дна также оказался гораздо более сложен, нежели ранее предполагалось. Основными его компонентами являются:

• шельф (поверхность, условно продолжающая уклон суши материка от водного уреза до 200-500 метров глубины);
• материковый склон (от окончания шельфовой зоны и вплоть до 2,5-4 тысяч метров, а возможно, и более);
• котловина окраинного моря (несколько неровная (холмистая) равнинная поверхность, в которую материковый склон перетекает через материковое подножье, иначе называемое вогнутым перегибом);
• островная дуга (цепочка вулканов или вулканических островов под водой, этот компонент дна отделяет окраинное море от открытой морской зоны);
• глубоководный желоб (самая глубокая часть океанического дна, которая расположена параллельно островной дуге по внешнему краю дна, это довольно узкая и глубокая расщелина);
• ложе океана (внешне напоминает котловину окраинного моря, но гораздо более широкое: несколько тысяч километров, ложе разделано на две части поднятием, которое соединяется в целую систему с понятиями других океанов (создаются срединно-океанические хребты);
• рифтовая долина (в приподнятых частях срединно-океанических хребтов, узкая и глубокая).

Новая теория тектонических перемещений

Новая теория, достаточно понятно и аргументированно обосновывающая движения материков, рождена сопоставлением информации о строение земных недр под континентами и океанами. Она также показывает истинную роль горизонтальных тектонических перемещений, доказав связь эндогенных процессов и рельефа.

Основой данной концепции была принята теория о том, что литосферу составляют из нескольких самостоятельных монолитных блоков, способных разнонаправленно перемещаться относительно друг друга. Происходит же это по поверхности астеносферы. Астеносфера и ее пластика выступают как, в некотором роде, смазывающее вещество для облегчения перемещения монолитов.

Мантийное вещество систематически совершает движения в земных недрах. На некоторых частях поверхности наблюдается перемещение вещества мантии в восходящем направлении, именно так происходит приток к поверхности магмы. На данных участках Земли астеносфера становится тоньше и несколько выгибается по направлению вверх, за счет того, что испытывает давление снизу литосфера тоже немного выгибается вверх. Таким образом происходит зарождение срединно-океанического хребта в качестве линейно вытянутого поднятия. Далее же, если все сохраняется в данном виде и ничего сверхъестественного не происходит, на оси поднятия возникает трещина (это и есть рифтовая долина). Мантийное вещество за счет приближения к земной поверхности или излияния на эту поверхность начинает воздействовать на соединенные литосферных блоки, заставляя их двигаться в разных направлениях. А параллельно с этим, мантийное вещество застывает в приповерхностном слое и непосредственно на самой поверхности, образуя таким образом обновленную земную кору. Процесс, в ходе которого происходит раздвижение монолитных блоков литосферы и который сопровождает образование новой земной коры в срединно-океанических хребтах решили назвать спредингом.

Литосферные плиты, которые скользят по астеносфере с отдалением от оси срединно-океанического хребта и, соответственно, по направлению к соседним континентам, непременно сталкиваются (этого невозможно избежать) с континентальными блоками литосферы гораздо большей плотности. Происходит процесс, при котором менее мощная и более легкая океаническая кора зачастую погружается под континентальную, а далее внедряется в зону высоких температур в верхней мантии и, не выдерживая их, расплавляется, таким путем добавляя мантии новое вещество. Вещество, которым дополняется мантия, заменяет то, что излилось ранее в срединно-океаническом хребте. Процесс становления континентальной плиты над океанической назван субдукцией. Глубоководный желоб, в свою очередь, образуется за счет резкого снижения температур над зоной, где океаническая плита погружается под участок континентальной коры.

Собственно, описанная теория и определяет разделение литосферы нашей планеты на монолиты разной площади, которые двигаются разнонаправленно. Все просто, нужно только один раз разобраться в том, что заинтересует вас в области эндогенных и экзогенных процессов!