История Земли - Ричард Флинт

Большая часть аллювия в долинах водотоков представляет собой временное образование. Наносы временами перестают откладываться, но постоянно перемещаются вниз по течению. В конце концов большая часть их достигает моря. Эти соотношения можно видеть на рисунке 13.

Рис. 13. С течением времени кривая профиля водотока выполаживается, последовательно занимая положения 1, 2, 3, 4 и т. д. Положение устья реки на уровне моря при этом почти не меняется. В момент времени, соответствующий положению профиля 5, весь материал горных пород, показанных на рисунке более редкой штриховкой, уже снесен эрозией, и сохранились только породы, показанные частой штриховкой. В море более редкой штриховкой показаны осадки, накопившиеся к моменту формирования профиля 5. Их объем должен быть равен объему горных пород, подвергшихся размыву на суше (изображение схематическое)

Профиль потока. Если мы нанесем на график профиль любого водотока от истока до устья, то независимо от его размера мы обнаружим, что он представляет собой кривую, обращенную выпуклостью книзу. Конечно, на нем есть неровности, вызванные выходами более "твердых" или более "мягких" пород, которые размываются с различной скоростью (рис. 12), а также подвижками земной коры, но нормальная форма кривой вогнутая (Но известны и другие формы кривых продольного профиля реки. - Прим. ред). Профили молодых водотоков представляют крутопадающие кривые, а длительно существующие водотоки (при прочих равных условиях) имеют более пологие профили. Этим подтверждается справедливость нашего утверждения о том, что в ходе истории водотока или системы водотоков их профили выполаживаются.

Рисунок 13 показывает этот процесс непрерывных изменений; на нем видно, что в любой момент количество наносов, которое транспортируется этой системой до моря и отлагается там, соответствует количеству продуктов размыва, удаленных с суши. На рисунке также видно, что накапливающиеся осадки становятся все моложе к верхним горизонтам, а профили потока становятся моложе по направлению к днищу долины, как показывают два ряда цифр, означающих относительное время. На рисунке схематически нанесено также положение вершин холмов, поднимавшихся над долиной во время, соответствующее профилю 1. По мере того как главный водоток врезается, врезаются и его притоки, а склоновые процессы снижают холмы на междуречьях. Вся поверхность снижается, а склоны выполаживаются. Если этот процесс продолжается достаточно долго, поверхность может быть снижена до уровня моря и достичь такого состояния, которое характеризуется низкими пологосклонными холмами и широкими долинами с очень пологим профилем. Такая поверхность представляет собой пенеплен. Этот термин, означающий "почти равнина", преувеличивает сглаженность поверхности. Обычно пенеплены пологохолмисты, подобно рассмотренному ниже примеру.

Пенеплены. Хотя пенеплены занимают очень обширную площадь, они относительно легко разрушаются. Когда при поднятии земной коры уклоны увеличиваются и начинается новый цикл эрозии, пенеплен подвергается разрушению и в конце концов оказывается уничтоженным. Но если участок коры, поверхность которого представляет собой пенеплен, прогибается, то вероятно, что по крайней мере часть пенеплена будет погребена под более молодыми отложениями и тем самым предохранится от эрозии до тех пор, пока снова не будет выведена на поверхность.

Погребенный таким образом пенеплен подстилает слой отложений мелового возраста на большей части Атлантического побережья Соединенных Штатов (рис. 14). По направлению в глубь суши, где перекрывавшие его слои снесены, древний пенеплен выходит на поверхность и лишь незначительно изменен возобновившейся эрозией. Ближе к морю он все еще остается погребенным, но его можно обнаружить на глубине буровыми скважинами и геофизическими исследованиями. Относительные превышения (расстояние по вертикали между вершинами холмов и днищами долин) местами превосходят 120 метров, но обычно гораздо меньше. Как можно было ожидать, холмы образованы плотными, менее размываемыми породами, в то время как понижения сформировались на участках выходов более слабого, легко размываемого материала.

Рис. 14. Погребенный пенеплен у восточного побережья США (изображение схематическое)

Последовательность исторических событий, создавших изображенные на рисунке 14 условия, представляется следующей:

1. Формирование пенеплена деятельностью водотоков и склоновыми процессами, продолжительность действия которых, возможно, достигала 100 миллионов лет.

2. Наклон этого участка коры к юго-востоку, вызвавший погружение части пенеплена под уровень моря. Отложение мощной толщи морских осадков мелового возраста.

3. Дальнейший прогиб поверхности, способствовавший отложению морских кайнозойских осадков поверх меловых пластов.

4. Поднятие суши, вызвавшее выход из-под уровня моря морских отложений в прибрежном районе, увеличение крутизны склонов, эрозионный размыв морских отложений и таким образом "откапывание" пенеплена. В настоящее время наклон пенеплена в сторону моря имеет порядок десятка метров на километр.

Все эти события могут быть реконструированы при внимательном изучении рисунка 14. Подобная интерпретация представляет собой один из главных путей восстановления истории Земли по горным породам.

Тесно связанная система

Несмотря на то что выпадение дождей, выветривание и работа водотоков представляют резко различающиеся между собой процессы, все они тесно связаны. Совершенно очевидна связь между годовым количеством осадков и числом водотоков на единицу площади. В пустынях водотоки (к тому же большую часть времени сухие) далеко отстоят друг от друга; в дождливых областях расстояние между ними невелико. Если пренебречь другими факторами, такими, как водопроницаемость горных пород, которая также влияет на густоту водотоков, мы можем сказать, что в любом районе густота речной сети как раз такова, что водотоки могут уносить воду, выпадающую в виде дождей и стекающую по поверхности,- не больше и не меньше. Если бы осадков выпадало больше, образовались бы новые водотоки; если меньше - некоторые водотоки высохли бы и, вероятно, с течением времени заполнились рыхлым материалом с соседних склонов.

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.)