Эндогенные процессы и их морфологическая роль

Отмеченные выше сложное внутреннее строение Земли и присущие ей свойства (форма, вращение, действие гравитации и др.) определяют многообразие природных процессов, происходящих как в недрах Земли, так и на ее поверхности.

Процессы, протекающие внутри Земли, которые определяются внутренними силами и свойствами и которые проявляются в виде структурных преобразований в земной коре, а также в рельефообразовании на ее поверхности, относят к эндогенным. В эту группу процессов включают магматизм, сопровождающий его метаморфизм и тектонические движения. Под магматизмом понимают образование расплавов в недрах Земли и их перемещение по трещинам и разломам к поверхности. Метаморфизм – это преобразование пород по мере перемещения расплавов и их контакта с вмещающими твердыми породами. Тектонические движения – это сложные перемещения слоев и блоков в земной коре.

Энергетическими источниками эндогенных процессов принято считать распад радиоактивных элементов в недрах Земли (урана, калия, тория), гравитацию и энергию вращения. Эти источники способствуют образованию расплавов, гравитационному перераспределению вещества и движению магмы по трещинам к поверхности. Перемещение магмы происходит при воздействии высоких температур, давления и энергии вращения Земли.

Логика очередности рассмотрения названных эндогенных процессов неоднозначна. Можно предположить, что создаваемые внутренние напряжения в недрах Земли вызывают, прежде всего, структурную перестройку в земной коре, т.е. тектонические движения. Их проявления различаются по геологическому времени и характеру, хотя это различие не совсем четкое. Так, временные рамки предполагают выделять движения древние (докайнозойские), неотектонические (относят к неоген-четвертичному времени) и современные, входящие в обозримую историю. Особую морфологическую значимость обычно придают неотектоническим движениям, поскольку они больше других проявились в рельефе (горные территории, обширные пространства равнин, морфологические элементы речных долин и т.д.).

По существенным различиям в характере проявления выделяют следующие виды тектонических движений: колебательные (эпейрогенические), складкообразовательные (пликативные дислокации) и разрывные (дизъюнктивные дислокации). В некоторых литературных источниках характер движений представлен вертикальным и горизонтальным вариантами.

Колебательные(вертикальные) движения в большей степени присущи территориям на платформенных структурах. К тому же здесь они четче проявляются в разрезах и рельефе. Так, проведенные исследования в центральной части России (в пределах Русской платформы) показали, что эта территория трижды покрывалась морем (в девоне, карбоне и юре), которое оставило свидетельством толщи известняков и ископаемую фауну. На территории Донбасса отложения карбона включают угленосные пласты. В Приуралье колебательные движения в верхнем палеозое обеспечили формирование толщ из мергелистых глин, песчаников, известняков, которые нередко слагают склоны долин рек.

Более поздние колебательные движения, например неотектонические, вызвали формирование сложных по морфологии долин рек с набором террас, перестройку озерных систем (Финляндия), создание высоких денудационных равнин с интенсивным эрозионным расчленением их поверхности.

Складкообразовательные(вертикально-горизонтальные) движения более заметно проявились в активных областях горообразования. Здесь происходили интенсивные движения слоев земной коры, сопровождавшиеся образованием складок различной формы с частичным нарушением сложения толщ горных пород. Складчатые (пликативные) смещения создавали выпуклые (антиклинальные) и вогнутые (синклинальные) складки, что служит свидетельством существования вертикальных движений. Однако любая складка может сформироваться только с участием горизонтальных сжатий. В геологии они именуются «тангенциальным сжатием». Следует заметить, что, например, по форме и положению оси складки бывают разными (рис. 1).

Рис. 1. Виды складок: а – по форме; б – по положению оси

Безусловно, приведенные на рис. 1 примеры не исчерпывают всего многообразия складок. Однако даже по представленным становится очевидным, что формирующаяся поверхность, особенно в горных условиях, не может не отражать характера складчатых структурных образований (в облике склонов, в форме долин рек).

Разрывные (вертикально-горизонтальные) движения. Они проявлялись как в условиях геосинклинальных областей при трансформации горных сооружений, так и в пределах активных окраин платформ, по соседству с участками интенсивной дислокации или горообразования (например, окраины Сибирской платформы). Разрывные (дизъюнктивные) дислокации предполагают значительные смещения слоев в толще с нарушением их состояния, цельности. При этом образуются трещины и разломы, которые, как правило, заполняются рыхлым материалом дробления. Разрывные нарушения и смещения создают разные структурные образования. В геологии обычно выделяют сбросы, взбросы, сдвиги и надвиги. При образовании сброса один из блоков смещается вниз по наклонной поверхности разлома. Взброс создается движением блока по поверхности разлома вверх по сравнению с прежним уровнем его положения. Следовательно, это два варианта вертикальных перемещений частей разорванного слоя или блока. Сдвиг и надвиг представляют собой горизонтальные перемещения частей блока: первый – вдоль линии разлома, а второй – со смещением частей блока навстречу друг другу с некоторым перекрытием.

С названными вариантами дизъюнктивных дислокаций можно связать возникновение горстов и грабенов. Горстом обычно называют блок, приподнятый над его прежним уровнем, а грабеном, наоборот, опустившийся блок. Понятно, что в природе эти процессы протекают сложнее и многообразнее, и возникающие потом структуры и морфологические образования (например, долины) отражают эти непростые взаимосвязи процессов.

Складчатые структурные образования обычно составляют основу молодых, альпийских горных сооружений (Кавказа, Карпат и др.), блоково-разрывные – древних и возрожденных гор (Урал, Алтай, Тянь-Шань и др.).

Тектонические движения, наиболее активно проявляющиеся в геосинклинальных областях, способны обеспечить условия для перемещения расплавов из недр Земли в толщу земной коры. Возникают предпосылки для магматизма и метаморфизма. Разграничение пределов глубинного перемещения расплавов позволяет процесс магматизма делить на два вида: интрузивный и эффузивный. Перемещение расплавов в толщу земной коры и застывание их там относят к интрузивному магматизму, а преодоление всего пути и выход магмы на поверхность – к эффузивному магматизму или вулканизму.

Интрузивный магматизм, в свою очередь, увязывается с пределами передвижения магмы и глубиной образования интрузивных тел. Поэтому выделяют глубинные и полуглубинные тела, имеющие свои варианты и формы.

Из глубинных образований выделяют батолиты. Это крупные интрузии (площадь в сотни квадратных километров), залегающие на глубине 5–7 км. Они имеют выпуклую форму со сложной неровной поверхностью, с выступами (апофизами). Неровность поверхности батолитов и отсутствие четких контактов с вмещающими породами геологи связывают с оплавляющим действием интрузий во время проникновения. Сложены батолиты, как правило, кислыми породами (граниты, гранодиориты). На контакте с интрузивным телом вмещающие породы подвержены метаморфизации. Поскольку батолиты располагаются на большой глубине, их морфологическую значимость оценивать сложно. Известно, что батолиты местами составляют основу склонов хребтов (Зеравшанского, восточного склона Уральского хребта). Кроме батолитов в этой категории интрузивных образований значатся и штоки – интрузивные тела меньшего размера (по А.Н.Заварицкому, до 200 км²).

Меньшие по размеру и ближе к поверхности – полуглубинные интрузивные образования. Они разные: лополиты, факолиты и лакколиты. Из них лакколиты заслуживают большего внимания, т.к. имеют более четкое проявление в рельефе.

Лакколиты – караваеобразные магматические тела, которые образуются на крыльях складок, заполняя доступные для проникновения слои горных пород. Как и у батолитов, здесь на поверхности могут образоваться выступы – апофизы. Лакколиты имеют морфологические и литологические признаки и отличия. Во-первых, это обычно изолированные возвышенности на фоне склонов или аккумулятивной выровненной поверхности. Во-вторых, формы эти сложены интрузивными породами, тогда как окружение может быть сложено другими комплексами пород.

В приповерхностной части земной коры могут образовываться другие интрузивные тела: дайки и силлы. Дайки (секущие жилы) возникают при внедрении магмы в толщу земной коры с прорывом слоев и несогласным залеганием толщи интрузивных пород. При разрушении вмещающих пород дайки образуют на поверхности скалистые выступы и останцы, приуроченные чаще к осевым частям хребтов. Силлы (пластовые жилы) образуются при проникновении магмы в толщу пластов и застывании там в свободных и доступных для распространения местах.

Дайки имеют очень широкое распространение в горных странах. Силлы создают ступенчатость рельефа на платообразных участках (Восточная Сибирь, плато Декан и др.).

Эффузивный магматизм (вулканизм) – это эндогенный процесс, обеспечивающий доставку магматических расплавов на поверхность Земли. Такое проявление магматизма возможно не везде, а только в местах с большой тектонической активностью и значительной степенью дислокации. Поэтому вулканизм активен в пределах геосинклинальных структур и на стыке литосферных плит. Такие условия есть на восточных окраинах территории России, где сложно взаимодействуют Евразийская и Тихоокеанская литосферные плиты.

Морфологическая роль вулканизма определяется неоднозначно. Здесь важно время, режим и место действия, а также состав и количество продуктов извержения.

Существует общепризнанная группировка продуктов извержения: газы, жидкие и твердые продукты. Газы выделяются вулканами в разные периоды действия, но более активно – в период извержения. Различают интенсивный выход фумарольных горячих газов в начале извержения. Затем, при снижении интенсивности извержения, выделяются в основном менее нагретые сернистые газы (сольфатары). Наконец, в завершающий этап действия вулкана происходит спокойное выделение газов с температурой менее 100^оС и преобладанием СО₂ (мофетты). Однако преобладает в составе газообразных веществ водяной пар (до 80–90 %).

Место и режим проявления вулканизма определяет характер выхода газообразных продуктов.

Жидкие продукты представлены лавами (дегазированная магма). В составе лав преобладают кремнезем, алюминий, магний, железо. Количество кремнезема определяет тип лавы и характер извержения. Лавы, имеющие в своем составе кремнезема 50 % и более, относят к кислым и средним (липаритовые и дацитовые). Если кремнезема в лавах меньше (50–30 %), то их относят к основным (базальтовые).

Кислые лавы имеют светлую окраску, богаты газами, вязкие, малоподвижные. При выходе образуют купола и скопления обломков, реже – короткие потоки. Основные лавы окрашены темнее, бедны газами, очень подвижны. При выходе образуют обширные и протяженные (до 100 км) потоки. При подводном извержении способны создавать шаровидные отдельности.

Твердые продукты (агломераты) выбрасываются в большом количестве в начальный период извержения, когда интенсивно выделяются газы. К твердым продуктам относят вулканический пепел, песок, мелкие обломки (лапилли) и крупные (бомбы). Вулканический пепел имеет размер частиц до 0,1 мм. В его составе преобладает вулканическое стекло, меньше – полевого шпата, роговой обманки. Пепел – преобладающий твердый продукт. Может подниматься на большую высоту (до 10 км) и переноситься очень далеко.

Вулканический песок – частицы размером до 2 мм того же минералогического состава, что и пепел. При выпадении и уплотнении песок и пепел создают горную породу – вулканический туф.

Лапилли – еще более крупные частицы стекла и других минералов.

Наконец, вулканические бомбы – это крупные обломки застывшей лавы и кусков горных пород, которые образуются в процессе частичного разрушения стенок кратера при извержении, их размер может достигать нескольких метров. Бомбы разной формы и размера разбрасываются по склонам вулканов.

В целом количество твердых продуктов значительно превышает объем излившихся лав.

Условия и характер проявления вулканизма существенно различаются. Поэтому классификация извержений включает большое количество типов. Для наглядности можно ограничиться тремя характерными и специфичными типами: гавайский, пелейский и кракатауский.

Гавайский тип характерен для вулканов этого островного архипелага, Исландии и некоторых других мест. Их магматические очаги находятся глубоко. Лавы основного состава, с небольшим содержанием газа, изливаются достаточно спокойно с периодическими всплесками и фонтанированием. Уровень лавы в кратере меняется, что создает ступенчатость его внутренних стенок. Подвижные лавы далеко (на 50–100 км) растекаются со склонов, образуя обширные потоки и выполаживая эти склоны. Поэтому такие вулканогенные образования называют щитовыми. Периодичность выхода пеплового материала и лавы определяет слоистость в разрезе склонов, что объясняет другое название таких вулканов – стратовулканы. Вулканы Гавайских островов оказываются самыми высокими, поскольку поднимаются со дна океана. Так, высота вулкана Мауна-Лоа составляет более 8500 м.

Пелейский тип происходит от названия вулкана Мон-Пеле на острове в Карибском море. Вулканы этого типа извергают лавы среднего андезито-базальтового состава, насыщенные газами. Поскольку эти лавы вязкие, изливаться они не могут, а выжимаются газами с образованием пробок, застывающих в жерле вулканов. Извержения нередко сопровождаются прорывом газов через трещины, боковые отверстия со страшными взрывами и локальными разрушениями. Известно, что в 1902 г. при извержении вулкана Мон-Пеле струи палящего газа быстро достигли городка Сен-Пьер, располагавшегося в 8 км от вулкана, разрушили его и уничтожили все население. По пелейскому типу действовали и другие вулканы. Так, вулканы Шевелуч и Безымянный на Камчатке неоднократно извергались с образованием пробок-обелисков в кратере.

Кракатауский тип. Название исходит от вулканов о. Кракатау в Зондском проливе. Лавы среднего и кислого состава, вязкие, насыщены газами. Главная особенность состоит в том, что извержение носит взрывной характер с разрушением верхней кратерной части вулкана. При этом выбрасывается большое количество пепла и обломочного материала. Сильнейшее извержение вулканов о. Кракатау произошло в августе 1883 г. Страшный взрыв потряс остров и разрушил значительную его часть. Волны цунами вызвали большие разрушения на островах Суматра и Ява. Звук взрыва достиг Австралии, на расстоянии около 5 тыс. км. Образовалась глубокая (около 0,5 км) лагуна в кальдере. Спустя почти 40 лет со дна лагуны поднялся новый вулканический конус высотой более 130 м над уровнем моря. Элементы проявления кракатауского типа извержения отмечались у других вулканов: Катмай – на Аляске, Авачинский и Карымский – на Камчатке, Бандай-Сан – в Японии.

Морфологическое проявление вулканизма велико и многообразно. Поскольку вулканизм проявлялся в течение всей истории развития земной коры, то его роль в построении структур, образовании горных пород и рельефообразовании исключительно важна (создание островных дуг, покровов, осевых частей хребтов, платообразных участков и т.д.).