Лекция пятая литосфера

Наша планета сформировалась 4600 млн. лет назад. Твердая земная кора, на которой мы обитаем, по отношению ко всей планете не толще яичной скорлупы. Она составляет 1,5 % ее объема и 0,8 % массы. Самая верхняя часть земной коры, доступная непосредственному на­блюдателю, достаточно исследована, в то время как представления о внутреннем строении Земли основаны на изучении сейсмических дан­ных (рис. 8).

Толщина земной коры не одинакова — от 70—75 км под высокими горами до 6—8 км под морским дном. Вместе с самой верхней частью мантии она образует жесткую литосферу, перекрывающую пластичный слой — астеносферу, по которой плиты литосферы могут дрейфовать в боковом направлении.

Земная кора делится на материковую и океаническую. Океани­ческая кора подстилает материковую, а под океанами несет на се­бе тонкий покров осадков и лав. Плотность материковой коры — 2,7 г/см³, она легче океанической, плотность которой — 2,9 г/см³.

Горные породы, слагающие земную кору, можно подразделить на три типа: изверженные, метаморфические и осадочные. Извержен­ные породы образуются при остывании расплавленной магмы. Метаморфические возникают в результате нагрева или сжатия ранее образованных пород. При этом вырастают новые, определенным образом ориентированные кристаллы, поскольку давление заставляет их расти в одном предпочтительном направлении. Осадочные по­роды состоят из обломков более древних пород, подвергшихся вывет­риванию или эрозии, либо из остатков живых организмов.

Цикл преобразования горных пород отражает взаимоотношения между их тремя типами. Начальная стадия цикла протекает на земной поверхности. Она включает в себя эрозию и выветривание более древних пород с образованием почвенного слоя и песка, а также перенос реками возникающих при этом наносов в море. Почти вся

71

Рис. 8. Схема геосфер Земли, по Н. Ф. Реймерсу, 1980.

масса осадков, создаваемая процессами выветривания и эрозии как на суше, так и вдоль берегов, доставляется в глубокие морские бассейны, где накапливаются отложения большой мощности.

Вследствие движений земной коры породы могут перемещаться на глубины до 700 км. Здесь температура и давление настолько возра­стают, что вызывают их плавление. Расплавленная порода легче твер­дой, благодаря чему начинает двигаться кверху. Достигнув поверхности в виде потока лавы, она оказывается готовой к началу нового цикла. Хотя полный цикл включает все преобразования, многие породы уко­рачивают его за счет выпадения изверженной или метаморфической стадии. Так, осадок может быть литифицирован до песчаника, но затем геологическими движениями поднят со дна моря на сушу.

Цикл преобразования пород осуществляется за счет трех факторов: солнечного тепла, при косвенном участии которого разрушаются, об­

72

Лекция 5

разуя наносы, горные породы на поверхности Земли; радиоактивного тепла земных недр, вызывающего плавление пород в глубинах Земли и образование изверженных пород; движения земной коры.

Можно наблюдать внедрение изверженной породы в осадочные. Тепло изверженной породы производит терминальный метаморфизм осадочных пород. Погружаясь на большую глубину, осадочная порода подвергается еще и региональному метаморфизму.

Горы и долины возникают путем образования складок и разломов в непрестанно изменяющейся земной коре. Разломы и складки воз­никают под действием одних и тех же тектонических сил, поэтому они всегда взаимосвязаны. Иногда при возобновлении подвижек по существующим глубинным разломам поверхностные слои разбиваются трещинами и образуют сложную мозаику блоков. Активизация таких глубинных разломов считается причиной катастрофического ташкент­ского землетрясения 1966 г. Тектоническая активизация, выраженная в повторном возникновении разломов, отмечается в районах, где но­вые поля напряжений с иной ориентацией накладываются на преж­ние.

Выделяются четыре основных типа гор: складчатые, глыбовые, ку­пола и вулканы. До появления теории тектоники плит механизм сильных горизонтальных сжатий, приводящих к короблению и смятию осадочного чехла земной коры, оставался малопонятен. Согласно этой теории, складчатые горы формируются в результате движения и стол­кновения плит, из которых состоит земная кора. Эти плиты огромны и могут подстилать и нести на себе целые материки. Сталкиваясь, они подползают одна под другую; при этом происходит выдавливание наверх осадков, отложившихся между плитами в геосинклинали, или желобе. Континентальная плита стремится кверху, подобно пробке, и поднимает подвижную плиту, образуя складчатые горы. Если в стол­кновении участвует быстро движущаяся плита, образуются крупные горные цепи. Так образовались Гималаи.

Со временем эрозия (разрушение плотных горных пород) сни­жает горы настолько, что они превращаются в широкие равнины со спокойно текущими реками. В аридном климате ветровая эрозия за­вершает работу, отшлифовывая песком оставшиеся холмы и превра­щая их в настоящую пустыню. Такая поверхность носит название «пенеплен», что значит «почти равнина». Однако следует заметить, что стадия пенеплена наступает редко. Чаще повторные движения земной коры вновь поднимают местность, и начинается новая фаза развития рельефа гор.

Почти на всю поверхность Земли составлены более или менее подробные карты, но во многих областях до сих пор не исследованы обширные лабиринты подземных пещер. Известно несколько типов пещер, в том числе прибрежные, ледяные и лавовые. Однако самые крупные пещеры, целые подземные системы, связаны с карбонатными породами — известняками и доломитами. Большая их часть образова­лась в массивных толщах известняков.

73

Лекция 5

Некоторые исследователи считают, что пещеры в известняках об­разуются в процессе медленного понижения уровня грунтовых вод. Трещины, постепенно расширяемые дождями, используются водото­ками, возникают воронки и провалы, через которые поверхностные воды уходят под землю. Такие подземные реки могут течь многие километры, вырабатывая вертикальные колодца и горизонтальные га­лереи.

Другие ученые объясняют образование пещерных лабиринтов с высокими подземными залами более высоким уровнем земной повер­хности этих районов в прошлом, когда известняки были полностью насыщены грунтовыми водами.

В доисторические времена обитателем пещер был человек. Архео­логи находят здесь много следов его стоянок — каменные орудия, кости, остатки очага, наскальные рисунки.

Камни и песок, образованные при разрушении горных пород, пе­реносятся водой по уклону местности, течение размывает поверхность, V формирует речную долину. Основная работа рек заключается в эрозии, транспортировке наносов и их аккумуляции. В соответствии с этим у большинства рек можно выделить три участка: верхнее течение, где преобладает эрозия, среднее, осуществляющее перекос, и нижнее, где откладывается переносимый материал.

Когда уклон реки становится меньше, часть наносов осаждается. При резком изменении уклона, а значит, и скорости течения, как это бывает, например, при выходе реки с гор на равнину, осаждается почти весь материал, образуется аллювиальный конус выноса. Но чаще материал откладывается по пути по мере замедления течения.

В первую очередь оседает более крупный материал.

Во время паводка вода в реке движется с разной скоростью. В русле течение быстрее, чем в пойме, ще песок с илом оседают, образуя вдоль берега гряды — прирусловые валы. В верхнем течении дно потока нередко сложено коренными породами и лишь местами покрыто небольшим слоем гальки. Здесь река обладает большой эродирующей (разрушающей) спо­собностью и уносит весь попадающий в русло обломочный материал, кроме самых крупных глыб. Долина в верховьях имеет крутые борта,

V-образный поперечный профиль; здесь обычны пороги, перекаты, во­допады, воронки, или котлы. В среднем течении большинство неровностей уже срезано и река свободно течет в ровном русле. Но поток еще достаточно силен, чтобы переносить основную часть материала, посту­пающего из верховьев. В низовьях реки уклон становится небольшим, часто менее 10 см на 1 км, появляется широкая пойма. При выходе реки в море переносимый материал откладывается возле устья. В неко­торых районах он уносится сильными приливно-отливными течениями, и тогда река оканчивается эстуарием. Если осадков поступает больше, чем уносится морем, образуется дельта.

В некоторых районах естественная эрозия усилена деятельностью человека. В XVIII веке слишком интенсивная распашка земель на юге США нарушила защитный растительный покров, который за-

74

стали здесь первые поселенцы. Дождевые ливни промыли в неза­щищенной почве рытвины, которые углубились и превратились в овраги, изрезавшие всю местность. Сильные ветры выдули почву и ускорили формирование рельефа, получившего образное название «бедленд» — «дурные земли». Таким образом, рельеф формируется под воздействием двух противоположно направленных процессов: внутриземного, или эндогенного, и внешнего, или экзоген­ного. Движения земной коры, источник которых располагается глу­боко в недрах, поднимают участки поверхности, выветривание и эро­зия постепенно ее снижают. Внешние особенности форм рельефа за­висят от климата, структуры горных пород и скорости плоскостной и линейной эрозии.

На границе, отделяющей земную кору от мантии, плотность ве­щества скачкообразно возрастает с 2,9 до 3,3 г/см³; поверхность этого раздела хорошо отражает сейсмические волны. Она известна как по­верхность Мохоровичича — по имени хорватского ученого, установив­шего ее в 1909 г. Принято считать, что поверхность Мохоровичича служит основанием земной коры. Она расположена в среднем на глу­бине 35 км под материками, а под океанами и морями всего лишь на 10 км ниже их уровня.

В конце 60-х годов нашего века была разработана новая глобальная тектоника, или тектоника плит, которая послужила могучим импуль­сом для развития наук о Земле. Эта теория объясняет многие геоло­гоструктурные и геофизические явления — от горообразования до зем­летрясений и дрейфа материков.

Как мы уже говорили, в основе тектоники плит лежит представ­ление о том, что земная кора, образующая вместе с верхней частью мантии литосферу, состоит из жестких подвижных плит, взаимное расположение которых беспрестанно меняется. Литосфера подстила­ется астеносферой, предположительно находящейся в пластическом состоянии.

Плиты ограничены океаническими хребтами, глубоководными жело­бами и трансформными разломами. Близ срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из астеносферы и расходятся в стороны. Это явление носит название с п р е - дин га. Атлантический океан расширяется на 2 см в год. Наибольшая скорость отмечена в области Восточно-Тихоокеанского поднятия, где ежегодно создается 10 см новой коры, что составляет 1000 км за короткий для геологического времени интервал в 10 млн. лет. Желоба возникают в тех местах, где сходятся (испытывают конвергенцию) две плиты. Одна из них круто изгибается и постоянно подползает под другую, погружаясь в мантию. Следовательно, желоба — это зоны, в которых краевые части плит подвергаются разрушению. Поскольку объем Земли остается посто­янным, можно предполагать, что на океанических хребтах создается столько же коры, сколько ее уничтожается в желобах. Передние кромки обеих сталкивающихся плит могут быть сложены океанической корой, как в желобе Тонга-Кермадек к северу от Новой Зеландии. Но может быть и

75

так, что одна из плит сложена океанической (и погружающейся) корой, а вторая — материковой, как в Перуано-Чилийском желобе. Или же обе плиты бывают из материковой коры, как Северо-Индийская и Тибетская. В двух последних случаях толстые осадочные чехлы мате­риковых плит подвергаются смятию и дополняются материалом, кото­рый выделился при столкновении плит; при этом создаются горные хребты типа Гималаев.

Трансформные разломы образуются при скольжении одной плиты вдоль другой. Они смещают океанические хребты, а оставшиеся шрамы прослеживаются местами на тысячи километров. Иногда трансформные разломы рассекают континенты, как, например, знаменитый разлом Сан-Андреас на юго-западе США.

Еще в 1927 г. английский геолог А. Холмс высказал предположение, что теория дрейфа континентов могла бы быть объяснена исходя из представления о конвекционных потоках в мантии, которые порож­даются разницей температур. Новая глобальная тектоника допускает, что в астеносфере и, возможно, в нижней мантии существуют такие , потоки. Они образуют локализованные струи, восходящие под хребтами и нисходящие под желобами. Эта теория подкрепляется высокой ин­тенсивностью теплового потока вдоль хребтов и низкой — вдоль же­лобов.

В 40—50-х годах была составлена всемирная схема расположения хребтов, желобов и разломов. Оказалось, что их распределение соот­ветствует распределению сейсмических и вулканических областей.

В 1962 г. американский геолог Г. Хесс выдвинул идею о том, что отмеченные факты, равно как и дрейф материков, могут быть объяс­нены спредингом морского дна, но недостаток данных не позволил ему доказать правильность своей гипотезы.

На дне океана были обнаружены магнитные аномалии, характе­ризующиеся загадочным полосатым, словно зебра, строением. В 1963 г. два выпускника Кембриджского университета Ф. Вайн и Д. Мэтьюз предложили свое объяснение этого явления, которое стало мощной опорой теории спрединга. Они высказали мысль о том, что материал, поднимающийся из мантии вдоль океанических хребтов, приобретает в процессе остывания остаточную намагниченность, ориентированную параллельно господствующему в это время магнитному полю Земли. Как известно, геомагнитное поле многократно на протяжении геоло­гической истории изменяло полярность. Исходя из допущения, что новообразованная кора в океанических хребтах приобретает полярность одного знака с геомагнитным полем, следует предположить, что за большой промежуток времени возникает серия параллельных узких полос океанического дна, имеющих попеременно нормальную и об­ратную намагниченность.

К 1966 г. гипотеза спрединга получила дальнейшее подтверждение благодаря независимым океанографическим данным, полученным в результате изучения ископаемой микрофауны и микрофлоры, мощно­сти осадков, измерений теплового потока из земных недр, а также палеомагнитным и сейсмологическим исследованиям.

76

Понятие «новая глобальная тектоника» введено в упот­ребление в 1968 г., чтобы увязать в единое целое представления о природе раздвигающихся хребтов, трансформных разломов, океаниче­ских желобов, перемещающихся материков и процессах горообразова­ния. В том же году американские ученые начали экспедиционно-оке- анографические исследования на судне «Гломар Челленджер», обору­дованном установкой для глубоководного бурения. Данные, полученные при бурении дна океанов и морей, дали четкое представление о возрасте пород и подтвердили справедливость новой теории.

С теорией дрейфа материков наиболее тесно связано имя немецкого метеоролога Альфреда Вегенера (1880—1930). Интерес Вегенера, как и его предшественников, к идее дрейфа материков был вызван их очертаниями на карте мира. Ученый искусно реконструировал древние материки и в подтверждение своей точки зрения привлек тщательно собранные геологические, геодезические, геофизические, палеонтоло­гические и палеоклиматические доказательства. Объединение районов древнего оледенения в единое целое не только приводит в соответствие геологические факты, но и свидетельствует о том, что нынешние материки были смещены к Южному полюсу. А это, в свою очередь, позволяет объяснить существование в то же геологическое время тро­пических условий, господствовавших в Северной Европе.

Вегенер уделил большое внимание геологическому распределению ископаемых органических остатков. До него палеонтологам приходилось предполагать существование между материками перемычек суши, сухо­путных мостов, чтобы объяснить распределение некоторых ископаемых растений и животных. Допускали даже, что такие перемычки занимали площади, равные целым материкам, которые они соединяли. Долгое время считали, что эти сухопутные мосты исчезли путем постепенного оседания и погружения под воду. Детальное изучение дна океанов оп­ровергло эти представления. Идея о Гондване, объединявшей Африку, Южную Америку, Антарктиду, Индию и Австралию, объясняет распре­деление многих ископаемых животных и растений. Одним из вызывавших сомнение мест в теории Вегенера было допущение о существовании гигантских сил, требующихся для раздвижения материков. Теория тек­тоники плит дает убедительное объяснение природы этих движущих сил, хотя многое пока остается неясным, например причины распада первич­ного континента — Пангеи.

Землетрясение — внезапное высвобождение энергии, накопленной в упругодеформированных (сжатых или растянутых) горных породах. Оно проявляется в подземных толчках и колебаниях земной коры и обус­ловлено резким разрывом и смещением напряженных пород по разлому, возникающему близ поверхности Земли. Небольшие толчки может вызвать также подъем лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на Земле сейсмологи регистрируют около миллиона зем­летрясений, но большинство из них столь незначительны, что люди их не замечают. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются примерно раз в две недели.

77

К счастью, большая их часть происходит на дне океанов и потому не сопровождается катастрофическими последствиями. Причины глубоко- фокусных землетрясений, очаги которых располагаются на глубине 700 км от поверхности, не известны.

Землетрясения опасны тем опустошением, которое они способны произвести. Разрушения вызываются колебаниями почвы или гигант­скими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмиче­ских смещениях на морском дне. Скорость распространения цунами в открытом океане — 800 км/ч. Достигнув побережья, волна сбавляет скорость и набирает высоту. При приближении цунами сначала воз­никает отлив, а затем вода устремляется вперед, образуя одну или серию громадных волн, которые могут проникать далеко в глубь суши. В 1755 г. город Лиссабон был до основания уничтожен одним из наиболее разрушительных в истории землетрясений, длившимся несколько минут. Море отхлынуло от гавани, а затем стремительно обрушилось на город 17-метровой волной цунами, принесшей гибель сотням людей. Последу­ющие толчки (афтершоки) меньшей силы вызвали обвалы, возникли пожары, и к наступлению вечера число жертв составляло 6 тысяч. У многих на памяти землетрясение 1988 г. в Армении, унесшее жизни почти 50 тыс. людей.

Вулканы — наиболее впечатляющая демонстрация энергии земных недр. За счет вулканической деятельности сформировались большие участки земной коры. Вулканы дают ключ к пониманию эволюции нашей планеты и познанию природы ее внутренних частей. Почвы, образующиеся при выветривании вулканических пород, настолько пло­дородны, что люди селятся под сенью вулканов вопреки опасности, вот почему вулканические извержения уносят много жизней.

Верхняя мантия, расположенная под земной корой, находится в состоянии, которое приближается к расплавленному. Небольшого по­нижения давления, вызванного, например, раздвижением литосфер- ных плит, достаточно, чтобы довести процесс плавления до конца. И тогда расплавленная порода (магма), будучи более легкой, чем окружающие породы, медленно поднимается к поверхности, чаще все­го по разломам. Небольшой дополнительный приток тепла также приводит к плавлению породы; есть основания считать, что скопления радиоактивных элементов способны обеспечить такой приток. Вдоль срединно-океанических хребтов, где раздвижение литосферных плит вызывает падение давления, магма практически непрерывно подни­мается к поверхности и при застывании образует новую кору. В других местах возникают подземные магматические очаги; если маг­ма не успевает в них затвердеть, они становятся неустойчивыми и вызывают вулканические извержения.

В процессе извержения излияние лавы усиливается по мере того, как падает давление и газы, растворенные в магме, получают воз­можность образовывать пузырьки. Многие вулканические газы (серо­водород, оксид углерода) при выходе в атмосферу сгорают. Это по­вышает температуру в кратере вулкана, и лава становится еще более

78

жидкой. Если лава жидкая и преграждает выход газам, они выделяются со взрывом. Сила подобных взрывов вулканов, как и извержений, возрастает, если просачивающаяся вниз вода достигает магмы и пре­вращается в пар.

У вулканов, образованных изливающейся магмой, на вершине рас­полагается выходное отверстие, или кратер. Часто имеются еще и боковые кратеры. Иногда при извержении находящаяся под вулканом камера почти опорожняется, и вулкан обрушивается в возникшую полость, образуя кальдеру.

Вулканы располагаются вдоль крупных напряженных зон земной коры — разломов, проходящих по гребням срединно-океанических хребтов и их наземных продолжений, а также по краям двух стал­кивающихся литосферных плит. Знаменитое «огненное кольцо», опо­ясывающее Тихий океан, проходит вдоль границы тихоокеанической плиты.

Материковые вулканы, расположенные вдали от границ литосфер­ных плит, по-видимому, связаны с локальными радиоактивными ис­точниками тепла или с горячими точками в мантии. Кроме бесчис­ленных подводных на земном шаре насчитывается около 500 дейст­вующих вулканов, ежегодно происходит извержение 20—30 из них.

В промежутках между извержениями вулкан называют дремлющим, или спящим. Действующим считается вулкан, извержения которого происходили на протяжении человеческой истории. Но вулкан может «спать» и гораздо дольше исторической эпохи, иногда «потухшие» вулканы возвращаются к жизни. Из молодых вулканов наиболее из­вестен Парикутин в Мексике, который возник в 1943 г. буквально посреди чистого поля.

Вулканы выбрасывают в атмосферу газообразные, жидкие и твердые продукты. Среди вулканических газов преобладают азот, углекислый газ, хлористый водород, оксид углерода (угарный газ), сероводород, а также водяной пар.

Жидкие продукты извержения бывают канатными — лавы типа пахоэхоэ —либо шлакоподобными — лавы типа аа. Более жидкая лава изливается спокойно, вязкая лава препятствует выделению газов, и ее извержение сопровождается взрывами. Очень вязкая магма, вызывая извержения громадной силы, выбрасывается в виде пепла и вулканических бомб.

Нередко в период покоя в кратерах образуются озера. Тогда при новом извержении часты грязевые потоки, более разрушительные из-за большей скорости, чем лавовые.

Вулканы — своего рода предохранительные клапаны в земной ко­ре; чем плотнее клапан, тем сильнее извержение. Происшедшее в 1815 г. в Индонезии извержение вулкана Тамбора по праву счи­тается величайшим в истории. Оно унесло сразу 10 тыс. жизней, еще 82 тыс. человек погибли позже от болезней и голода. Там же, в Индонезии, в 1883 г. извержение разнесло на куски необитаемый остров Кракатау. Археологические находки на острове Тира (Сан- торин) в Эгейском море позволяют предполагать, что в 1470 г. до н.э.

79

там произошло еще более мощное извержение, которое стало при­чиной упадка крито-микенской культуры и поводом для создания мифа об Атлантиде.

Одним из наиболее сильных агентов эрозии является ледник. Лед эродирует посредством абразии и выпахивания пород. Обломки, вмер­зшие в лед, скребут по поверхности коренных пород, оставляя штри­ховку и полируя твердые породы.

Область ледника в результате разрушения склонов гор расширяется, образуя амфитеатры, называемые цирками, или карами. Там, где два цирка своими стенками близко подходят друг к другу, их разделяет только узкий острый гребень. При соединении соседних цирков между ними остается пирамидальный пик. Горные ледники, выпахивая свои долины, превращают их в глубокие отроги. Крупные ледники сильнее углубляют дно, чем их притоки, в результате чего после исчезновения льда остаются так называемые висячие долины.

Ледники переносят большое количество обломочного материала, , называемого мореной. Обломки, попадающие с бортов долины на края ледника, образуют боковые морены. Когда два ледника слива­ются, боковые морены, расположенные с внутренних сторон, соеди­няются, образуя срединную морену. Часть обломочного материала проваливается в трещины, питая внутриледниковую морену; эти об­ломки могут опуститься в самые нижние слои льда и, войдя в состав донной морены, принять участие в выпахивании коренного ложа. Переносимый ледником обломочный материал откладывается у его нижнего края, образуя конечную морену. Она состоит из несорти­рованного материала различной крупности — от глины до огромных валунов — и часто служит подпрудой для озера. Кроме того, озера остаются в понижениях, выпаханных льдом в твердых породах. Быс­тро отступающий ледник сгружает свой материал, не нагромождая конечной морены. Крупные глыбы, оставленные ледником, говорят

о его прежних размерах и служат источником ценной информации

о ледниковом периоде в целом.

Пустыни размещаются там, где солнечное тепло способно испарять всю воду. Осадков в них выпадает менее 10 см за год, да и те в виде редких сильных ливней.

Во многих районах дождей не бывает годами, а внезапный ливень вызывает временные, быстро стекающие бурные потоки. Эта вода собирается в мелкие бессточные озера и там быстро испаряется. Не все жаркие пустыни покрыты песком: пески занимают всего 20 % их площади. Чаще пустыня — это обнаженная каменистая поверхность, нередко расчлененная руслами временных рек или увенчанная при­чудливыми каменными фигурами, созданными ветром.

Рельеф каменистых пустынь отличается угловатостью. Здесь нет холмов округлой формы, характерных для более влажных условий, так как отсутствует постоянный сток. На многих участках песок вынесен ветром, и на поверхности остались лишь глыбы и валуны.

80

Местами каменные пустыни постепенно переходят в песчаные. Сначала появляются дюны, между которыми еще песок отсутствует, затем их сменяют участки, где вся поверхность покрыта песком, — такую пустыню называют песчаным морем.

Крупнейшие пустыни мира протянулись через Африку и захватили значительные пространства в Азии. Есть также арктические и высо­когорные пустыни, которые своей безжизненностью обязаны сильным холодам. Единственный лишенный пустынь континент — Европа.

В жарких пустынях процессы выветривания, хотя и протекают медленнее, чем во влажных условиях, разрушают горные породы, превращая их в песок и глину. В течение многих суток температура на поверхности колеблется от 5° С ночью до 40° С и выше днем. Такое колебание температур вызывает расширение и сжатие земной поверх­ности, сопровождаемое образованием трещин и превращением горных пород в песок. Скудная роса способствует их медленному химическому выветриванию.

Ветер в пустыне переносит песок и пыль, так как грунт здесь не защищен растительным покровом и очень сух, и образует из них дюны. Песчаные зерна по воздуху далеко не переносятся, при сильных порывах ветра они передвигаются скачками. И хотя песок никогда не поднимается над поверхностью выше чем на 1 м, он действует подобно пескоструйному аппарату, полируя обращенную к ветру сторону кам­ней. Направления ветра меняются, поэтому камень обрабатывается с разных сторон, приобретая пирамидальную форму. Такой камень на­зывается вентифактом, или дрейкантером (трехгранником). Песок раз­рушает и выступы коренных пород, над которыми проносится: словно гравер, он удаляет более мягкие породы, оставляя твердые. В результате там, где работает ветер, встречаются скалы причудливой формы с острыми гребнями.

Существуют два основных вида песчаных дюн — барханы и сейфы, или продольные дюны. Барханы обычно образуются на краю пустынь, где мало песка и скудная кустарниковая растительность. Они имеют серповидную форму с «рогами», расположенными по ветру, а между ними — обнаженная порода или галька. Ветер навевает песок на пологий наветренный склон бархана и гонит его вверх; когда песчинка достигает вершины бархана, она скатывается вниз по крутому подветренному склону. Таким образом песчаные зерна все время перемещаются с тыльной стороны бархана на переднюю и бархан постепенно продвигается вперед. Крупные барханы движутся очень медленно, а маленькие за год «про­ходят» до 15 м. Когда барханов много, они выстраиваются в линию, образуя поперечную дюну.

Продольные (их называют и копьевидными) дюны занимают в пустынях значительные площади. Это длинные песчаные гряды, разде­ленные очищенными ветром от песка участками скальной или камени­стой поверхности.

В местах, сплошь покрытых песком, песчаные образования теряют свою определенную форму и образуют беспорядочно всхолмленную поверхность. Мельчайшая пыль поднимается над ней в воздух и разно-

6—2711

81

сится ветром на сотни километров; за пределами пустыни она оседает и накапливается в виде плодородных лессовых почв.

Берега морей и океанов постоянно меняются, порой даже катастро­фически. Скорость абразии, вызываемой волнами, течениями и прили­вами, во многом зависит от характера горных пород, слагающих берег. Выходы прочного гранита значительно устойчивее, чем, например, об­рывы, сложенные рыхлыми породами. Сила воздействия волн в Атлан­тическом океане оценивается в 9,765 кг/м², а во время сильных штормов, когда уносит бетонные блоки весом более 1000 т, она увеличивается в три раза. Гидравлическое действие воды особенно наглядно, когда высокая волна с грохотом ударяется о скальную поверхность. При этом воздух в трещинах уплотняется, и они расширяются иногда с такой силой, что скала разламывается.

Другой формой абразии является корразия. Волны, нагруженные песком, галькой, а во время шторма и валунами, поднимают этот материал и бомбардируют им подножие берегового уступа — клифа. » Так образуются все глубокие волноприбойные ниши и пещеры. Иногда кровля такой пещеры обрушивается, в результате чего появляется небольшое отверстие — сифон. Когда волна заплескивается в пещеру, из сифона вырывается фонтан брызг.

Если берег сложен горными породами различной крепости, в более податливых из них море «вырезает» заливы, а выступы прочных пород остаются в виде мысов. Открытые волнам, они с двух сторон подвер­гаются атаке. Волноприбойные ниши на каждой стороне, углубляясь, в конце концов могут сомкнуться и образовать арку. А после того, как арка обрушится, от мыса останется только скалистый останец. Так со временем уничтожаются даже мысы, сложенные твердыми породами.

Еще одна форма абразии — истирание — происходит в тех случаях, когда песок, гравий и камни движением воды смешиваются и трутся друг о друга. Кроме того, некоторые породы море разрушает путем химического воздействия.

В ряде случаев характерные особенности берегов определяются геологическими структурами. В этом плане выделяются два основных типа берегов — согласные, или продольные, и несогласные, или попе­речные. Примером согласных берегов может служить югославское по­бережье Адриатического моря, где геологические структуры ориентиро­ваны параллельно берегу. В результате опускания берегов море затопи­ло здесь долины, а горные хребты стали островами. К несогласным берегам относится юго-западное побережье Ирландии, где береговая линия срезает геологические структуры.

В тропиках своеобразный облик берегам придают кораллы. Коралловые полипы растут в теплой воде при изобилии солнечного света на глубине не более 45 м. Около берега на мелководье развиваются окаймляющие коралловые рифы. А дальше от берега расположены барьерные рифы. Самыми примечательными коралловыми образованиями являются атол­лы — группы океанических островов круглой или полукруглой формы.

82

Земное тяготение определяет почти все происходящие на Земле процессы эрозии. Дождь идет под действием силы тяжести; под вли­янием этой силы движутся потоки, реки и ледники. Вращение Земли создает центробежную силу, которая максимальна на экваторе, вслед­ствие чего у экватора наша планета слегка вздута, а у полюсов сплющена. Измерение высот земной поверхности определяется средним уровнем моря. Им считается уровень между приливом и отливом, он принимается за базисный. Совокупность всех точек среднего уровня образует условную поверхность, называемую геоидом. Геоид не является правильной поверхностью, так как гравитационное поле не везде одинаково и зависит от пород, слагающих земную кору. Для всесторонних исследований геоида широко используются измерения возмущений орбит искусственных спутников Земли.

Гипотеза Г.-Б. Эйри состоит в следующем: более легкая земная кора в состоянии изостатического равновесия как бы плавает в более плотном, но несколько более пластичном подкорковом слое мантии, подобно пробке на воде. Всякая дополнительная нагрузка вызывает прогибание коры. При снятии нагрузки, например при таянии льда или вследствие эрозии, кора поднимается кверху, стремясь вновь достичь состояния изостатического равновесия. Так, часть территории Норвегии и Швеции до сих пор поднимается после того, как 10 тыс. лет назад растаяли мощные плейстоценовые покровные ледники.

Изостатическое равновесие поддерживается благодаря изменению глубины залегания нижней границы коры. Ученые доказали, что каж­дая горная цепь имеет глубокий корень, погруженный в мантию. Напротив, под океанами располагается лишь тонкий слой коры.

Исследование океанического дна экспедицией «Гломар Челлен- джер» развенчало представление о том, что это — обширное пустынное песчаное пространство с отдельными островами, заселенное экзотиче­скими животными и рыбами. В то же время собранные образцы грунта и промеры в центре Атлантического океана, позволившие нанести на карту Срединно-Атлантический хребет, еще не дали полного пред­ставления о составе и мощности морских осадочных пород. Установ­лено, что на поверхности океанического дна имеются холмы, вулка­нические горы, вершины которых иногда выступают над водой, а также огромные подводные горные хребты, осложненные срединными рифтовыми долинами, разломами и многочисленными боковыми хреб­тами. Галечниковый морской берег в сторону моря обычно сменяется песчаным и в таком виде уходит под воду. Это и есть континен­тальный шельф, покрытый как относительно грубыми, так и илисто-глинистыми осадками. Глубоко под поверхностными песчаными отложениями в континентальных породах нередко- залегают крупные месторождения нефти и газа. Иногда они связаны с соляными купо­лами, как, например, в Мексиканском заливе.

На краю континентального шельфа, на глубине около 200 м, морское дно заметно погружается вниз; этот перегиб служит верхней границей континентального склона. Местами он расчленен подводными каньона-

6*

83

ми. Подводные лавины, так называемые мутьевые потоки, выносят под ним ил, гальку, песок, откладывая их у основания склона на матери­ковом подножии на глубине около 2000 м.

Земля необходима человеку для разных целей, которые порой несовместимы. Растущее пренебрежение к истинной ценности земли видно на примере различного отношения к сельскохозяйственным и промышленным нуждам. Неспособность осознать главное назначение земли нередко приводит к тому, что в роли кормилицы она ценится ниже, чем в качестве основы для бетонного фундамента.

Почти в каждой промышленно развитой стране ежегодно сокраща­ются сельскохозяйственные угодья. Города мира наступают на природу, и окрестные земли сплошь заполнены жилыми домами, заводскими зданиями и дорогами. Промышленная экспансия чаще происходит за счет «зеленых полей», чем идет по пути преобразования старых, уже застроенных земель. При таком «освоении» страдает не только тер­ритория, занятая предприятием: на многие километры вокруг расти- * тельность вымирает от газов, выбрасываемых заводскими трубами.

По сельской местности прокладывают автострады и дороги, дви­жущийся по ним транспорт отравляет выхлопными газами и свинцом еще большие площади. Кроме того, дороги расчленяют природные угодья, что мешает возделыванию полей и разведению крупного ро­гатого скота.

Все больше и больше земли идет на производство строительных материалов. Грунт для площадок под здания, дорожных насыпей и плотин стараются вынимать поблизости, а для производства бетона срывают холмы. И совсем безобразные рубцы оставляет на теле Земли открытая разработка месторождений ценных металлов и угля. Так, при открытой добыче медной руды в Брокен-Хилле в Австралии и на острове Бугенвиль в Новой Гвинее остаются карьеры шириной более километра и почти такой же глубины. По своим масштабам деятель­ность человека здесь сопоставима с геологическими процессами. При открытых горных разработках происходит выщелачивание металла дождевыми водами, стекая, они разносят ядовитые вещества по окру­жающей местности. А известно, что отравленные металлом почвы восстановить очень сложно.

Хотя открытая добыча угля производится не очень глубоко, она, как правило, охватывает большие площади. К тому же стекающая по поверхности вода окисляется и губит растительность ниже по склонам. Так, с середины 50-х годов угольными разработками опустошены большие территории в районе Аппалачей на востоке США. При бе­режном отношении к земле открытые разработки можно было бы вести, не причиняя ей особого вреда: достаточно пахотный слой сме­стить в сторону, а по окончании работ возвратить почву на сниженную поверхность. Однако это дорого.

В последнее время, наряду со строгими законодательными актами об охране земель, повышенное внимание уделяется созданию сбалансиро­ванной среды. Поступление в воздух, воду и пищу вредных для

84

человека веществ контролируют. Для этого существует понятие пре­дельно допустимой их концентрации — ПДК. В городах ведется посадка деревьев и кустарников. Ландшафтное благоустройство коснулось ста­рых горных выработок и отвалов, расчищаются и используются для рекреации заросшие каналы, создается все больше национальных пар­ков и заповедников.

Земля — слово особенное. Так называется наша планета, обитаемый островок среди миллиардов километров безжизненного космического пространства. В России землей называют и самый верхний слой лито­сферы — слой животворный, но непрочный и легко ранимый. С глубо­кой древности, уходя на чужбину, наши предки брали с собой горсть родной земли и хранили ее как святыню.

Не случайно именно в России более ста лет назад было создано учение о почве, автором которого был В. В. Докучаев. Его ученик В. И. Вернадский так писал о своем учителе: «Это был русский самородок, всецело сложившийся в России, совершенно чуждый Западу. Он обладал волей, широким оригинальным умом и был прирожденным натуралистом».

В. В. Докучаев обследовал огромные территории междуречья Волги и Дона, Заволжья и Предуралья, провел почвенное и геологическое изучение Нижегородской губернии. В результате этих исследований им был написан фундаментальный труд «Русский чернозем». Ученый дал следующее определение почв: «Это суть поверхностно лежащие минерально-органические образования, которые всегда более или менее заметно окрашены гумусом; эти тела всегда имеют собственное про­исхождение; они всегда и всюду являются результатом совокупной деятельности материнской горной породы, живых и отживших орга­низмов (как растений, так и животных), климата, возраста страны и рельефа местности».

Мир почв, этой «души ландшафта», по выражению В. В. Докучаева, изменчив, динамичен, и вряд ли кто в этом сейчас сомневается. А не так давно даже специалисты считали почву достаточно консервативным биокосным телом. В любом учебнике почвоведения приводятся харак­теристики «типичных» почв и ни слова не говорится о разнообразии и изменчивости их свойств. Хотя пестроту почвенного покрова отме­чали многие исследователи, они обычно связывали это с разными формами рельефа и выходами материнских пород, то есть с главными почвообразователями (наряду с климатом, растениями и животными).

С изменчивостью почвенного покрова ученые столкнулись, напри­мер, на Алтае при изучении водного режима почв, казалось бы, давно и хорошо исследованного. Было обнаружено, что в пахотном слое в течение суток колеблется влажность: ночью она увеличивается, запасы влаги возрастают на 1—3 мм, хотя общая тенденция к иссушению в период исследований оставалась неизменной.

Поразительные почвы на Камчатке. На этой земле, покрытой све­жим пеплом, все время подсыпаемым вулканами, почвы не только существуют, но и, оказалось, глубоко гумусированы, обладают выра-

85

женными горизонтами: подстилкой, дерновым, гумусовым, часто ох­ристым. И главное, они на удивление разнообразны по степени гу- мусированности, величине pH, толщине гумусового горизонта и т. д. — в зависимости от того, под какими растениями, в каком лесу сфор­мировались. Эти свойства успевали заметно измениться за жизнь одного-двух поколений деревьев и отражали их влияние: даже в одном и том же лесу лиственницы, березы, осины формировали под собой различающиеся почвы.

Камчатские исследования натолкнули на мысль, что для форми­рования некоторых горизонтов требуются не тысячелетия, как было принято считать, а буквально десятилетия. Почва — это связующее звено между растительным и животным миром, через нее осуществ­ляется связь между биогеоценозами.

Будучи одним из главных компонентов биосферы, сердцевиной экосистем, почва на первый взгляд выглядит неизменной. Если пере­мены в растительном покрове, особенно сезонные, бросаются в глаза, то почва, по крайней мере внешне, остается той же, видно лишь, как» меняется ее влажность. Внешняя стабильность и стала основой мнения

о почве как консервативном образовании. Но не только это. Чем еще, кроме неизменности почв, можно объяснить способность зональных биогеоценозов восстанавливаться? Под влиянием почвы растительных покров меняется до тех пор, пока не появится климаксная ассоциация, то есть конечный тип фитоценоза в сукцессии. В многолетнем цикле развития растительного покрова почва как бы диктует смену фитоце­ноза (сукцессию), восстанавливая в конечном итоге зональный тип биогеоценоза.

В естественных почвах многое определяется растениями и другими живыми существами, вносящими в нее органическое вещество, переме­шивающими почвенные горизонты и т. д. Так, на гектаре лесов и лугов среднерусской полосы только кроты р. год выбрасывают на поверхность до 60 т материала более глубоких горизонтов. В некоторых лесах до 200 т материала поверхностных слоев перемещают кабаны. Но никому не сравниться с дождевыми червями: за 10 лет они пропускают через себя слой дерновых почв — приблизительно 1000 т! Почва зависит от живых организмов, вне наземных экосистем ее нет. Созданная растениями и животными, она обретает функции управления биогеоценозом. Именно в тенденции сохранить как свои свойства, так и биогеоценоз проявляется консерватизм почв.

Геологические породы, с которыми до Докучаева отождествляли почвы, как известно, остаются неизменными или за счет выветривания перестают существовать, превратившись в нечто иное (гранит Карелии, например, рассыпается в песок). Почва тоже меняется направленно — какое-либо свойство развивается до определенного предела. Такие изменения необратимы. Но на фоне постеленного изменения химиче­ского состава в результате разрушения и выноса одних соединений и поступления других она сохраняет свои основные функции. Ни суточ­ные, ни годичные колебания влажности, концентрации углекислого газа, катионов и анионов в почвенном растворе не делают почву иной,

86

она сохраняет свою классификационную принадлежность — чернозем остается черноземом, бурозем — буроземом, подзол — подзолом и т. д.

Поскольку почва формируется под влиянием климата, ясно, что многие ее свойства должны отражать его флуктуации и циклы, суще­ствующие даже при общей климатической «неизменности». Действует он непосредственно: обеспечивает осадки, испарение влаги, температу­ру, меняет скорость и направление почвенных реакций, интенсивность и глубину выщелачивания из почв разных веществ. И жизнь организ­мов тоже подчиняется климатическим циклам, которые определяют характер воздействия организмов на почвенный покров.

Таким образом, почвы не есть нечто раз и навсегда данное и неизменное. Меняются их свойства, покров. Почвы могут погребаться, затапливаться, выходить из биосферы, чтобы потом вновь обнажиться, выйти на поверхность и снова включиться в состав биосферы. Стволы деревьев, произраставших на Земле 200 млн. лет назад, сейчас добы­ваются в виде нефти и угля и сжигаются, обогащая атмосферу угле­кислым газом, а почву — разными элементами, содержащимися в золе. Этот динамичный мир мы делаем еще более хрупким, распахивая целину, вырубая леса, строя города, водохранилища, откачивая грун­товые воды, орошая и поливая сельскохозяйственные угодья. Действия человека накладываются на природную динамику, еще очень мало познанную, и приводят к необратимым последствиям — уничтожению почв и ландшафтов.

Почва, по словам известного почвоведа В. А. Ковды,— тончайшая органоминеральная оболочка Земли. Через почву происходит обмен веществом и энергией между земной корой, атмосферой, гидросферой суши и всеми обитающими на ней организмами. Динамичность почв целиком связана с динамичностью биосферы, и эта связь может сыграть с людьми злую шутку, если мы не будем учитывать те многочисленные процессы, которые протекают в «четвертой стихии» — почве.

87