Лекции по геологии

Лекция 10-11

Эндогенные процессы

1. Понятие о эндогенных процессах.

2. Тектонические движения.

3. Землетрясения.

ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Особым предметом изучения раздела геологии являются геологические процессы, меняющие общий облик земной поверхности и внутреннее строение земной коры. Иногда эти процессы называются геодинамическими, а раздел геологии, занимающийся их изучением, получил название динамической геологии.

Все изменения и преобразования Земли — это результат проявления различных геологических процессов. Одни геологические процессы, например извержение вулкана, протекают бурно и совершаются прямо на глазах человека, а другие действуют медленно и постоянно в течение длительного промежутка времени, но почти незаметно (текут реки, идет смыв и т. д.).

Источниками энергии геологических процессов является внутренняя энергия Земли и энергия, получаемая от Солнца. По источнику энергии процессы, происходящие под влиянием внутреннего тепла Земли, называются эндогенными, т. е. рожденными внутри, а происходящие под влиянием Солнца — экзогенными, т. е. внешнерожденными. Роль этих процессов прямо противоположна: эндогенные процессы создают неровности рельефа на поверхности планеты, а экзогенные — эти неровности разрушают. Для почвоведения важно знать, как эти процессы влияют на факторы почвообразования.

Динамическая геология как наука сформировалась в XIX в. и посвящена изучению внутренних и внешних геологических процессов. При изучении этих процессов выделились самостоятельные направления, такие как вулканология (наука о причинах возникновения вулканов, их развитии, строении и др.), сейсмология (наука о землетрясениях, причинах возникновения, прогнозах и др.), геотектоника (наука о движениях и деформациях земной коры) и др.

Рис. 5.1. Формирование рельефа:

• 1 — при выветривании и эрозии; 2 — при геологической деятельности рек и морей; 3 — при образовании метаморфических пород;

• 4 — при образовании магматических пород; 5 — при столкновении океанической коры с континентальной; б — при извержении вулкана

К числу геологических явлений, возникающих под действием внутренних сил Земли, относят движения земной коры, проявляющиеся в периодических медленных ее поднятиях и опусканиях; резкие сотрясения земной коры в результате землетрясений; внедрение в земную кору и выход на ее поверхность поднимающейся из глубоких недр Земли расплавленной магмы (магматизм и вулканизм). Главными источниками всех эндогенных процессов являются радиогенная и гравитационная энергия.

Тектонические движения

Выделяют три основных вида тектонических (греч. tektoni- kos — относящийся к строительству, созидающий) движений земной коры: колебательные (эпейрогенез), складчатые и землетрясения.

Эпейрогенез (греч. epeiros — суша, genesis — происхождение) — это колебательные движения земной коры, проявляющиеся в медленных вековых неравномерных поднятиях или опусканиях земной поверхности. Они охватывают обширные территории, проявляются в течение значительных отрезков времени и устанавливаются лишь в результате длительных наблюдений. Происходит изменение очертаний суши и моря: при опускании суши море наступает на нее — трансгрессия моря, а при поднятии суши море отступает от нее — регрессия моря.

Колебательные движения ритмичны: восходящие движения сменяются нисходящими, последние вновь сменяются восходящими. Однако такое чередование не является копией предыдущих движений, а представляет собой «постоянно меняющийся волнообразный процесс».

Колебательные движения подразделяются на три вида: движения древних геологических периодов, новейшие колебательные движения четвертичного периода и современные движения. Примером древних колебательных движений нисходящего порядка является образование огромной впадины Тихого океана. Другой пример, в каменноугольный период значительная территория европейской части России была занята теплым тропическим морем с обильной теплолюбивой фауной кораллов, морских ежей и морских лилий, а в последующий период (пермский) многие области, которые были заняты морем, становятся сушей с резко континентальным климатом. В юрский период ряд районов той же территории вновь покрывается морем, на этот раз мелководным и довольно прохладным с обитавшими в нем холодолюбивыми организмами: белемнитами, аммонитами и другими представителями фауны этого периода.

Колебательные движения широко проявляются и в современную эпоху. Известно, что территории Швеции, Финляндии, Карпат, Донбасса медленно поднимаются, а территория Голландии опускается и уже 40% территории этой страны лежит ниже уровня моря. Население страны ведет постоянную напряженную борьбу с наступающим морем с помощью заградительных сооружений: дамб, плотин и шлюзов. Наблюдения показали, что территория страны опускается со скоростью 2,5 см в 100 лет. В Швеции древняя столица страны г. Упсала, ранее располагавшаяся на берегу Балтийского моря, теперь вследствие колебательных движений находится в 60 км от морского побережья.

Известны и другие районы, где вследствие колебательных движений земной коры происходит перемещение береговой линии. Так, в прибрежной зоне южнобалтийских стран и Дании найдены жилища людей каменного века, расположенные ниже уровня моря. В Италии близ Неаполя существуют развалины древнего храма Юпитера, построенного в 105 г. до н.э., в настоящее время он частично заполнен водой. На колоннах храма на высоте 4—7 м над уровнем моря сохранились остатки сверлящих моллюсков, что свидетельствует о том, что место, на котором стоит храм, в определенные периоды поднималось. В начале XX в. вновь началось опускание, и если в 1911 г. основание колонн находилось на глубине 188 см, то в настоящее время оно погрузилось более чем на 2 м.

Для определения амплитуды колебательных движений проводятся точные нивелировки поверхности Земли, которые позволяют определить скорость колебательных движений земной коры. Колебательные движения не обязательно сопровождаются трансгрессиями и регрессиями моря, так как участки могут находиться вдали от моря. Например, г. Курск ежегодно поднимается на 3,6 мм, а Москва опускается ежегодно на 3,7 мм, Среднерусская возвышенность на 1,5—2 см в год.

Свидетельством нисходящих колебательных движений земной коры может служить и такое явление: у многих рек (Конго, Рейн, Эльба и др.), впадающих в моря или океана, наблюдается продолжение их долин вглубь моря или океана на значительные расстояния от современных устьев. В некоторых случаях долины рек прослеживаются по дну моря на 100 км и более.

Изучение колебательных движений представляет большой научно-практический интерес. Их необходимо учитывать при возведении береговых сооружений, при проведении ирригационных мероприятий и др., так как они существенно влияют на гидрографическую сеть и интенсивность эрозионной деятельности поверхностных текучих вод.

Складчатые движения земной коры характеризуются волнообразным изгибанием слоев горных пород без разрыва их сплошности, с образованием складок различной формы. Эти движения называются также горообразовательными, или оро- геническими (греч. oros — гора и genesis — происхождение). Складчатые движения характеризуются большой интенсивностью, силой и амплитудой проявления. Складчатость протекает в меньшие по сравнению с колебательными движениями сроки и дает ощутимые результаты: возникают высокие горы. Складчатость сопровождается образованием крупных разломов и трещин в земной коре, по которым происходят значительные перемещения отдельных участков земной коры. Горообразовательные движения сопровождаются вулканизмом и землетрясениями.

Изучение истории движений земной коры показало, что складчатые движения проявляются только в определенных, наиболее подвижных и ослабленных зонах земной коры, где более активно проявляется магматическая деятельность (вулканизм). Такие зоны получили название геосинклиналей. Здесь размах тектонических движений достигал 10—12 км и привел к возникновению сильно расчлененного рельефа — возникли высокие горные хребты и глубокие океанические впадины (желоба). Все горы на Земле в разные геологические эпохи возникли в геосинклинальных зонах. В геосинклиналях горные породы интенсивно смяты в складки, пласты имеют крутые углы наклона, часто деформированы и гофрированы.

В противоположность им устойчивые, со слабой тектонической активностью области земной коры называются платформами. Здесь проявляются слабые колебательные движения земной коры с амплитудой в несколько километров. Платформы характеризуются двухъярусным строением: нижний ярус сложен кристаллическим фундаментом, состоящим из магматических и метаморфических горных пород, верхний — представлен осадочными слоистыми горными породами, залегающими горизонтально или слабо наклонно. В некоторых местах кристаллический фундамент выходит на поверхность Земли, и такие выходы называются щитами.

На земном шаре выделяют Восточно-Европейскую (Русскую), Сибирскую, Северо-Американскую, Северо-Африканскую, Австралийскую, Антарктическую и ряд других платформ. На платформах находятся щиты: Балтийский, Канадский, Азово-Подольский и др.

Изучение тектонических движений имеет не только научное, но и большое практическое значение, так как помогает в поиске полезных ископаемых. Например, известно, что месторождения нефти и газа приурочены к сводовым антиклинальным (выгнутым) складкам горных пород. Учитывая это, геологи ищут соответствующие структуры и с помощью буровых скважин добывают из них полезные ископаемые. Зная, что месторождения алмазов встречаются в пределах древних платформ, геологами были найдены крупные месторождения алмазов на территории Сибирской платформы (Якутия).

Местонахождение артезианских вод необходимо искать в синклинальных (прогнутых) складках горных пород.

Землетрясения

Землетрясения — это также тектонические движения земной коры, но в отличие от предыдущих они являются следствием быстрых движений земной коры. Происходят они вследствие сотрясений земной коры, возникающих в результате происходящих в ней внезапных разрывов и смещений, передающихся на большие расстояния в виде упругих колебаний. Изучением землетрясений занимается наука сейсмология. Землетрясения происходят в определенных областях, связанных с глубинными разломами в земной коре, с зонами молодого горообразования, или с геосинклиналями, к которым приурочены также основные вулканические пояса. Такие зоны получили название сейсмических областей (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Землетрясение и его последствия:

1 — разлом; 2 — гипоцентр; 3 — эпицентр; 4 — сейсмические волны

Ежегодно на Земле происходит до 80 тыс. землетрясений, из них около 20 — катастрофических, 150 — разрушительных, около 7 тыс. — сильных, остальные слабые и очень слабые (табл. 5.1). Самое крупное землетрясение в XXI в. произошло 12 января 2010 г. на острове Гаити, в котором, по официальным данным, число погибших составило 222 570 человек, получивших ранения — 311 тыс. человек.

Причины, вызывающие землетрясения, подразделяют на четыре группы; 1 — тектонические, возникают под действием внутренних сил Земли и обусловлены подвижками отдельных блоков, на которые разбита земная кора, по зонам разломов. Эта наиболее частая и разрушительная группа землетрясений; 2 — вулканические, приурочены к районам развития вулканов и сопровождаются толчками движущейся лавы при ее извержении на земную поверхность; 3 — денудационные, вызываются крупными обвалами горных массивов, обрушением кровли больших пещер, но сила таких землетрясений незначительна; 4 — антропогенные, возникают при массовых взрывах, испытаниях атомных бомб, при откачке грунтовых вод, создании водохранилищ и другой инженерной деятельности.

Таблица 5.7

Шкала интенсивности землетрясений

Окончание табл. 5.7

Землетрясения зарождаются на разных глубинах в земной коре и мантии и по глубине гипоцентра подразделяются на следующие типы: поверхностные (зарождающиеся на глубине менее 10 км), нормальные (10—60 км), промежуточные (60—300 км) и глубокофокусные (300—800 км). Наибольшие разрушения производят промежуточные землетрясения. В зависимости от причин выделятся три типа землетрясения: тектонические, вулканические и обвальные.

Тектонические землетрясения являются наиболее распространенными и разрушительными. Они происходят как в земной коре, так и в мантии в областях молодого горообразования и глубинных разломах в земной коре. Считается, что причина их возникновения — резкое смещение на глубине в веществе Земли, связанное с внезапным сдвигом, скольжением или кручением.

Вулканические землетрясения приурочены к вулканическим областям, обычно они предшествуют вулканическим извержениям или сопровождают их.

Обвальные землетрясения происходят в результате подземных обвалов горных пород (например, в карстовых пещерах). Распространены они не широко и составляют менее 1% общего количества землетрясений. Обвальные землетрясения имеют локальное развитие и значительных разрушений не вызывают.

Сотрясениям подвергается и морское дно (моретрясение), при колебаниях которого, приходят в движение большие массы воды, образующие волны высотой в десятки метров, называемые цунами. Цунами (яп. tsu — гавань, nami — волна) — тяжелое стихийное бедствие, причиняющее большой вред прибрежному населению и народному хозяйству (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Образование цунами

Так, 26 декабря 2004 г. у восточного берега индонезийского острова Суматра произошло одно из самых сильных и разрушительных землетрясений в современной истории. Приливная волна, вызванная этим землетрясением, силой 8,9 балла, обрушилась на побережье Шри-Ланки, Индии, Индонезии, Таиланда, Малайзии. Общее число жертв в пострадавших от цунами в этих странах, по различным данным, составило примерно 230 тыс. человек. По мнению ученых, этих жертв могло быть значительно меньше, если бы не были вырублены мангровые заросли и разрушены барьерные коралловые рифы.

Цунами распространяются со скоростью до 1000 км/ч, но при своевременном предупреждении сейсмологами этих жертв можно было бы избежать, так как скорость распространения сейсмических колебаний быстрее, чем морских волн.

В нашей стране система предупреждения о цунами была создана в начале 1960-х гг. На крупных береговых сейсмических станциях в г. Петропавловске и других городах ведутся постоянные наблюдения за параметрами землетрясений и в необходимых случаях выдается сигнал «Внимание! Цунами».

Наиболее радикальная защита от волн цунами — возведение высоких защитных насыпей, железобетонных молов, волноотбойных стенок и др. Здания и сооружения следует размещать на высоких отметках рельефа.