История Земли

Флинт Ричард Фостер

Другое соотношение существует между скоростью эрозионного углубления долины водотоком (как на рис. 13) и скоростью выветривания и склоновых процессов на склоне долины. Если в результате поднятия земной коры или вследствие других причин профиль водотока станет круче, склоны долины тоже должны стать круче. В результате возрастет скорость движения рыхлого материала по склонам. Но если рыхлый чехол будет двигаться по склонам быстрее, он должен стать тоньше, а если уменьшится толщина рыхлого чехла, химическое выветривание будет более энергично воздействовать на коренные породы и таким образом ускорится превращение пород в рыхлый материал.

Все эти процессы тесно связаны между собой, образуя единую систему. Изменения в одной части системы воздействуют на все остальные ее части.

Место потоков в общей схеме

Пожалуй, большинство людей рассматривает реки и малые водотоки с точки зрения практических нужд повседневной

жизни: водоснабжение, орошение, торговые пути, место отдыха. Несомненно, и первобытный человек в своих потребностях в воде зависел от рек и озер. Даже сейчас 75% воды, потребляемой в США, поступает из рек и озер и лишь на 25% используются грунтовые воды. Подобным же образом тысячелетиями реки давали воду для орошения или служили торговыми путями. Но сейчас, размышляя о динамике и истории Земли, мы рассматриваем водотоки в более широком смысле. Водотоки (совместно со склоновыми процессами) - главные агенты, формирующие ландшафт, они прорезают долины и оставляют между ними возвышенности. Хотя в некоторых пустынях нагромождения песчаных дюн созданы ветром, большинство пустынь мира характеризуется хорошо выраженными долинами. Это показывает, что даже в пустынях формирование поверхности осуществляется в основном водотоками. Некоторые области, в особенности в Северной Америке и Европе, во время последнего оледенения были обработаны ледниками. Но гораздо большая часть суши представляет собой закономерное чередование долин и возвышенностей, безошибочный признак деятельности водотоков.

Кроме того, реки являются основным путем выноса материала горных пород с суши в море. Они представляют важное звено в круговороте горных пород, звено, по которому поступает материал для образования осадочных пород.

Литература

Gilbert G. К.. 1886, The inculcation of the scientific method by example: "American Jour. Sci.", v. 31. p. 284-299. (Reprinted, p. 24-32 in Cloud. Preston, ed., 1970, Adventures in Earth history: W. H. Freeman and Company, San Francisco.)

Hubbert M. K., 1967. Critique of the Principle of Uniformity: p. 3-33 in С. C. Albrit-ton. Jr., ed., Geol. Soc. America Special Paper 89. (Reprinted, p. 33-50 in Cloud, Preston, ed., 1970, Adventures in Earth history: W. H. Freeman and Company, San Francisco.)

Lоngwell C. R., Flint R. F., Sanders J. E., 1969, Physical geology; John Wiley 8c Sons, New York. p. 135-313. Mather K. F., 1964, The Earth beneath us: Random House, New York.

Глава пятая. Океан: берега и рост континентов

Речные наносы поступают в море

В четвертой главе мы проследили путь наносов через континент, вниз по реке к океану. Попав в океан, речные наносы смешиваются с другими, образующимися при размыве береговых скал волнами. Эта смесь сортируется, распространяется по определенной площади и отлагается в виде слоев. Поняв, как это происходит, мы можем сравнивать слои, которые сейчас образуются на морском дне, с древними пластами морских осадочных пород и таким образом представить себе обстановку, в которой образовались древние отложения. Лучше всего начать с рассмотрения речных наносов, иногда образующих дельты в устьях рек. Скорость течения речной воды, когда она смешивается с водами океана, становится все медленнее и медленнее, а наносы, содержащиеся в ней, постепенно осаждаются на дне океана. Отлагаются сначала крупные частицы, а затем все более мелкие. Наиболее тонкие частицы, взвешенные в воде, опускаются так медленно, что некоторые из них уносятся очень далеко от суши, прежде чем осесть на дно. Однако частицы пород не обязательно сразу же оседают. На мелководье в прибрежной зоне вода далеко не спокойна. Она постоянно находится в движении; волны и течения подхватывают частицы, оседающие или уже осевшие на дно, и переносят их с одного места на другое. При этих перемещениях продолжается сортировка частиц, помимо той, которая осуществлялась при переносе наносов реками. Как и в русле реки, частицы породы неоднократно вовлекаются в движение и снова отлагаются. Рано или поздно они попадают на такую глубину, где волновые движения не достигают их, и там они отлагаются окончательно. К этому времени частицы очень хорошо отсортированы, равномерно распределены по дну и образуют слои, которые в конце концов станут слоями осадочных пород.

Действие прибоя на береговые скалы

Во время перемещения и переотложения принесенные рекой наносы смешиваются с наносами другого происхождения. Эти последние образуются при размыве горных пород, обнажающихся вдоль берега (рис. 15). Породы подвергаются воздействию прибоя, образующегося, когда волна разбивается о берег. Сила ударов прибоя о скалы, особенно во время штормов, может измеряться десятками тонн на квадратный метр. Эта сила сжимает воздух, находящийся в трешинах, и скальная порода раскалывается. Рыхлые отложения, не обладающие такой прочностью, не требуют столь сильного воздействия, они просто смываются. Подрезая и размывая породы, прибой врезается в берег, как пила, врезающаяся в стоящее дерево.

Дерево в результате этого в конце концов падает. Породы же, слагающие берег, обваливаются по частям, по мере того как прибой подрезает их на уровне моря, оставляя обрыв нависающим без опоры. Из этих обвалившихся обломков породы начинает образовываться пляж. Набегающие и откатывающиеся волны двигают частицы обвалившихся пород взад и вперед, причем в результате постоянных ударов и трения друг о друга обломки становятся все меньше и меньше и приобретают гладкую окатанную поверхность. Рано или поздно даже самые крупные (первоначально неподвижные) обломки истираются песком и галькой до такого размера, что во время сильных штормов начинают слегка перемещаться. С этого момента измельчение их путем истирания или дробления до такой степени, что они становятся легко подвижными, - вопрос времени. После этого они смешиваются с прочими частицами на пляже, которые движутся то назад, то вперед.

Рис 15. Прибой воздействует на береговые скалы, 'подрезая' их и измельчая обломки. Обломочный материал перемещается постепенно дальше в море, в направлении, показанном стрелкой

В каком направлении движется эта процессия частиц? За длительный промежуток времени осадки смещаются в море. Пляж представляет собой обширный, но тонкий покров осадков, который начинается у подножия берегового уступа и продолжается в море до линии, на которой происходит опрокидывание волн, образующих прибой и воздействующих на дно на всем своем пути к берегу. Отложения пляжа становятся более тонкообломочными в сторону моря. На многих пляжах у подножия уступа находятся галька и валуны, сменяющиеся в направлении к морю песком. По мере увеличения глубин энергия прибоя убывает, а с ней убывает и максимальный размер частиц, которые могут перемещаться прибоем. Тонкие - илистые и глинистые - частицы остаются взвешенными, пока не осаждаются в более глубокой воде за пределами действия разбивающихся волн. Это другой пример сортировки осадков природными силами. Подобно отложениям в русле реки, которые постепенно измельчаются вниз по течению, отложения пляжа становятся более тонкими в сторону моря. Такая сортировка, сохраняющаяся, конечно, и в пластах осадочных пород, дает нам ключ к определению направления, в котором текли древние реки, и положения древних побережий.

Степень сортировки и окатанности песка и гальки на пляже и в донных отложениях за пределами пляжа очень велика. Причиной этого является главным образом то обстоятельство, что прежде, чем достичь места окончательного отложения, частицы неоднократно перемещаются, и не только вперед и назад в полосе прибоя, но также и вдоль берега. Волны, направление которых зависит от направления ветра, редко движутся строго перпендикулярно берегу. Обычно прибой подходит к берегу под углом. Каждая песчинка и галька в прибое выносится волной на берег по косой траектории. Но когда волна отступает, частица откатывается в море по наиболее прямому пути, перпендикулярно берегу. Таким образом частицы осадков в прибое движутся вдоль берега иногда на многие километры, зигзагообразно перемещаясь каждой набегающей и откатывающейся волной (фото 7). Если меняется ветер и волны начинают подходить к берегу под другим углом, осадки могут перемещаться в обратном направлении. Такая система представляет собой огромную мельницу, измельчающую песчинки и все более окатывающую их.

Фото 7. Прибой на пляже Калифорнии, севернее Сан-Франциско. Пунктирной линией со стрелками показан в обобщенном виде зигзагообразный путь песчинки, движущейся вдоль пляжа в сторону наблюдателя

Сортировка, которая происходит далее в море, подобна сортировке, происходящей в дельте. Она зависит главным образом от глубины и отчасти является причиной того, почему песчаники, алевролиты и аргиллиты хорошо отделяются друг от друга во многих разрезах осадочных пород.

Осадки на дне глубокого моря

До сих пор мы ничего не говорили о том, насколько далеко в море уносятся продукты размыва суши, принесенные реками или созданные прибоем. Однако вопрос этот важен для понимания истории осадочных пластов, накопившихся на дне моря. Решить его можно, взяв образцы донных отложений на различном расстоянии от суши и затем сравнив их между собой.

Тщательное опробование таких отложений влечет множество технических трудностей. Нелегко получить цельный образец грунта со дна, из-под огромной толщи воды. Только в последние десятилетия методика донного опробования была развита настолько, что позволила получить довольно хорошее представление не только о самом дне, но и о подстилающих его отложениях. На рисунке 16 показано различие между континентальными шельфами, на которых глубина воды в среднем не превышает 200 метров, и глубоководными участками дна, где глубина в среднем равна 3,8 километра, а местами составляет до 11 километров. Эти две разные области имеют и различную историю. Мы рассмотрим их по отдельности, начиная с отложений.