ТЕКСТ К ФИЛЬМУ «ГОРООБРАЗОВАНИЕ И ГОРНЫЙ РЕЛЬЕФ»

Этот текст является сокращенным вариантом лекции А.А. Алексеева [1]

Примерно пять с половиной миллиардов лет назад, по одной из гипотез, из пылевидной туманности сформировалась Солнечная система. Из-за гравитационного сжатия, и, возможно, из-за ядерных реакций происходил разогрев Земли. Основная масса вещества пребывала в жидком или полужидком состоянии. Отдающие энергию верхние слои планеты остывали или оставались холодными, и поэтому были твёрдыми.

Так или иначе, но на поверхности Земли образовалась кора из твердых пород. Толщина коры была неодинакова. На ней выделялись гигантские острова. Геологи называют их платформами.

Эти острова, дрейфуя, как льдины по океану расплавленной мантии Земли, сталкивались, дробились, изменяли размеры и форму, пока, наконец, около четырех миллиардов лет назад не появились, так называемые, древние платформы, дошедшие до наших дней.

Два с половиной миллиарда лет назад древние платформы закончили свое формирование и, с тех пор, практически не менялись. К ним относятся Восточноевропейская, Сибирская, Восточно-Китайская, Индостанская, Аравийская платформа и другие.

Древние платформы и сейчас дрейфуют от 2 до 10 см в год по поверхности полужидкой мантии Земли. В зонах столкновения платформ земная кора прогибается, сминается в складки и трескается. По трещинам, их геологи называют тектоническими разломами, поднимается расплавленная магма, и начинают действовать вулканы. Обратите внимание, вулканы обычно образуются в стороне от линии столкновения платформ, по которым располагаются главные хребты гор. Они приурочены к разломам, отделяющим нетронутую часть платформы от вовлеченной в прогибание. Так, например, расположены Эльбрус, Казбек, Арарат, Арагац, вулканы Дальнего Востока. После прогибания, в зоне столкновения платформ, формируются горные хребты.

Зоны столкновения платформ специалисты называют геосинклинальными складчатыми поясами Земли. В пределах этих поясов и происходит горообразование. Взглянем на карту. Вот, например, хорошо известный туристам и альпинистам Альпийский складчатый пояс. Он начинается с Пиренеев в Испании и проходит через Альпы, Доломиты, Карпаты, Крым, Кавказ, Эльбурс, Копетдаг, Памир и Гиндукуш, Каракорум и Гималаи. Или Урало-Монгольский пояс, он простирается от Новой Земли через Урал, Тянь-Шань, Алтай и Саяны. Складчатые пояса разделяют либо платформы, либо материковые и океанические плиты.

Толщина земной коры в различных местах различна. Под древними платформами она составляет 15-20 километров, под горными массивами гораздо больше. Горы, как айсберги, поднимаются над поверхностью Земли, но при этом их основания глубже погружаются в мантию. Под Кавказом, при средней высоте гор от 2,5 до 3,5 километров, толщина земной коры достигает 30-40 километров. Под Тянь-Шанем при высотах около 5 километров мощность земной коры достигает 70-80 километров.

Активное горообразование идет не постоянно и не на всем протяжении складчатых поясов. Периоды горообразования, их называют эпохами складчатости, проявляются на различных участках поясов в разное время. В эпоху складчатости горы образуются в два этапа. На первом этапе происходит столкновение платформ. Чудовищная энергия их движения приводит к прогибанию земной коры. Почему именно к прогибанию? Потому что породам, вытесняемым из зоны столкновения, проще преодолеть выталкивающую (архимедову) силу жидкой мантии, чем силу тяжести. По краям образующихся прогибов возникают тектонические разломы. По ним выдавливается расплавленная магма, образуя многочисленные вулканы и лавовые поля. Такие поля можно увидеть, например, в Армении или в Индии на плоскогорье Декан.

Прогибание идет очень медленно, по несколько сантиметров в год и продолжается тысячи и миллионы лет. Прогибы заполняются морской водой. В мелководных теплых морях активно размножаются живые организмы. Отмирая, они образуют своими скелетами и панцирями километровые толщи осадочных пород, например, известняков.

Но вот энергия сталкивающихся платформ исчерпана. Встречное движение прекращается, и прекращается прогибание коры. Наступает второй этап горообразования.

Под действием выталкивающей силы происходит медленное поднятие погруженных в мантию пород, смятие пластов и образование горных хребтов и межгорных впадин. Когда все силы уравновешиваются, горообразование прекращается и эпоха складчатости завершается. Район стабилизируется, превращаясь в молодую платформу.

Одновременно с этим горы начинают разрушаться. Обломки пород переносятся водой к их подножью. Со временем горы могут совершенно исчезнуть под наносами и превратиться в гладкие равнины. Однако, жизнь складчатого пояса на этом не кончается. В его истории может наступить новый этап, способный уничтожить результаты прошедших эпох или дополнить уже существующие горы новыми, как это произошло на Кавказе, где хребты, расположенные севернее Главного Кавказского хребта, относятся к более ранней эпохе.

В пределах молодых платформ под воздействием все той же архимедовой силы могут произойти сдвиги отдельных блоков, что тоже приводит к образованию гор. Так, например, возник район пика Победы на Центральном Тянь-Шане.

Основные интересы туристов и альпинистов сосредоточены на территории Альпийского и Урало-Моногольского складчатых поясов.

Последняя эпоха складчатости началась в пределах Альпийского пояса около 160 миллионов лет назад. В конце ее, примерно миллион лет назад, возник Главный Кавказский хребет. А вот Передовой хребет сформировался значительно раньше. Его возраст достигает 200 миллионов лет.

Иная история Урало-Монгольского складчатого пояса, к которому относится хорошо известный туристам и альпинистам Тянь-Шань. В пределах этого пояса горообразование завершено. С точки зрения геологов, он состоит из молодых платформ, образовавшихся в разное время. Возраст Урало-Монгольского пояса около полутора миллиардов лет. За это время пояс пережил три эпохи складчатости, в течение которых горы возникали и разламывались до основания. Развитие пояса прекратилось около 200 миллионов лет назад. В настоящем виде Тянь-Шань сформировался после смещения блоков земной коры по линии Пик Победы — Хан-Тенгри — Мраморная стена. Здесь возникли многокилометровые скальные стены. Произошло это уже в пределах молодой платформы, около 26 миллионов лет назад. Материал, слагающий указанный массив - мрамор, который в виде известняка образовался в залитой морем межгорной впадине, а затем был преобразован и поднят на огромную высоту.

Разрушение горных пород. Формирование и сглаживание рельефа.
Остановимся на процессах, которые ведут к сглаживанию рельефа

ВЫВЕТРИВАНИЕ. Физическое выветривание обусловлено сменой температур в течение суток. При нагреве объемное расширение у различных минералов, входящих в состав горных пород различно, кроме того, у одного и того же минерала различно линейное расширение по разным кристаллографическим осям. Поэтому многократный нагрев и остывание ведет к расшатыванию, ослаблению сцепления между отдельными зернами минералов. Поры и трещины в горных породах заполняет вода. При замерзании она расширяется, оказывая давление в 90 атмосфер на стенки пустот. Трещины увеличиваются, отдельные зерна и целые блоки отрываются от массива. Так возникают вечерние камнепады.

Химическое и биологическое выветривание является результатом воздействия на горные породы паров и газов из воздуха, а также растворов, содержащих углекислоту и органические кислоты. Такое выветривание характерно для теплого влажного климата и в высокогорье большой роли не играет.

Активно способствуют разрушению горных пород и сглаживанию рельефа вода и ветер. Когда гора разрушается на песок и камни, то у её подножия возникает груда обломков. Эти обломки постепенно уносятся водой и ветром, при этом обнажаются не тронутые выветриванием коренные породы, которые, в свою очередь, подвергаются разрушению.

Сильный ветер, унося песок и мелкие камни, шлифует поверхность скал, выбивает ниши, оставляя, в конце концов, причудливые каменные столбы, грибы и целые эоловые города – скопления останцев на месте скальных массивов, уничтоженных ветром. Этот процесс называется ветровой эрозией и характерен для сухих пустынных районов.

Огромную роль в сглаживании рельефа играет вода. Она не только разрушает горные породы. Но и переносит обломки на большие расстояния, откладывая их на предгорных равнинах. Процесс разрушения горных пород текущей водой называется водной эрозией или просто эрозией.

Результатом эрозии на равнинах становятся овраги, а в горах, на крутых склонах – кулуары – долины горных ручьев. Обычно кулуары остаются сухими и служат путями схода камнепадов. Во время дождя и таяния снега они наполняются водой, и снос обломков резко возрастает. А зимой кулуары становятся путями схода снежных лавин. В верхней части кулуары имеют водосборную воронку, а зимой лавиносбор, эта воронка переходит в канал стока или собственно кулуар и конус выноса, где собирается обломочный материал.

СЕЛИ. В определенных условиях вода образует селевые потоки. Сель – это кратковременный грязекаменный поток. На 40% сель состоит из воды, на 60% из глины, песка и крупных обломков.

Во время дождя на склонах, богатых глиной, образуется эмульсия со значительным удельным весом. Стекая по склону, она уносит с собой песок и мелкие камни. За счет этого растет ее удельный вес и ударная сила камней, плывущих в потоке.

Сель имеет огромную разрушительную силу. На своем пути он, подобно бульдозеру, выпахивает траншеи с отвесными стенами значительной глубины. За счет большого удельного веса грязевой массы, в ней всплывают и переносятся на большие расстояния огромные валуны и каменные глыбы. Рекорд был зафиксирован в 1937 году на реке Азазань, где селем были снесены глыбы весом около 300 тонн.

КАРСТ. Если вода, опускаясь по трещинам, встречает растворимые породы, то, размывая их, она образует карстовые полости: колодцы, воронки, пещеры. Пещеры могут достигать огромных размеров: сотен метров в глубину и десятки километров в длину.

ОПОЛЗНИ И ОБВАЛЫ. Отрыв и перемещение значительных земляных масс под действием силы тяжести называется оползнем. Аналогичное перемещение масс горных пород, льда, снега называется обвалом.

Если вода, просачиваясь сквозь горные породы, встречает водоупорный пласт, имеющий выход на берегу реки или склоне горы, то двигаясь по водоупорным породам и размывая верхние пласты, она образует плоскость скольжения, по которой могут скатиться все вышележащие породы. Спровоцировать оползень или обвал способны землетрясения. Так образовался Усойский завал на Памире, за которым возникло Сарезское озеро. Обвалом образовано и знаменитое озеро Рица на Кавказе.

ГОРНЫЕ РЕКИ. Быстрое течение рек способно нести песок и гальку, перекатывать валуны. Ударная энергия речной воды в верховьях размывает дно и берега, переносит обломки и откладывает их в низовьях, на равнинах, где скорость течения падает. Если река протекает по мягким породам, то дно размывается быстро, и русло заметно углубляется. При этом формируется долина с крутыми берегами V-образного профиля. Когда скорость размыва дна замедляется, то из-за смыва обломков со склона и подмывания берегов, дно долины расширяется, и она приобретает U-образный профиль.

В твердых, не склонных к разрушению породах, река пропиливает каньоны с, практически, отвесными склонами. На Западном Кавказе, в Абхазии река Бзыбь, ниже села Псху, образовала каньон глубиной 50-70 метров при ширине 5-7 метров. Туристам известен каньон реки Гуамки близ Майкопа. В Таджикистане река Зеравшан, имеющая в среднем течении ширину до 500 метров, прорывает скальный пояс, состоящий из вертикально распложенных сланцев, каньоном шириной, всего лишь, около пяти метров.

Если текущая вода встречает на пути крупный валун или участок твердых пород, то она вынуждена отклоняться в сторону от линии наибольшего уклона, и ее русло изгибается. Сила тяжести возвращает поток обратно, при этом река поворачивает, но по инерции отклоняется от оптимального пути в другую сторону. В результате образуются излучины русла или меандры. По мере размыва препятствий, меандры смещаются вниз по течению. При этом движущиеся изгибы русла расширяют дно долины. Вот поэтому горные реки нередко текут по широким галечным поймам, в десятки и сотни раз превышающим ширину водного потока.

Если скорость течения реки не меняется, пойма существует без особых изменений столетиями. Но вот происходит поднятие гор или опускание предгорных равнин. При этом скорость потока возрастает, начинается активный размыв и углубление дна. Бывшая пойма оказывается высоко над рекой, которая уже известным способом, разрабатывает себе новую пойму. Остатки прежней поймы образуют надпойменную террасу. У равнинных рек таких, как Москва-река, их может быть две. У горных рек террас может быть значительно больше. Кстати, склоны или берега, расположенные над верхней террасой, не тронутые рекой называются коренными берегами.

ЛЕДНИКИ. Последние 100 лет ледники отступают, сокращаясь на 10% за каждые 50 лет. Примером такого сокращения может служить ледник Большой Азау на склонах Эльбруса, потерявший в XX веке половину своего языка.

Ледники образуются за счет накопления снега и его преобразования в лед. Для образования ледника необходим холодный и влажный климат, при котором количество выпадающего снега больше или равно количеству таящего.

Снеговая граница или снеговая линия - это уровень на леднике, выше которого годовой приход твердых атмосферных осадков больше, чем расход при таянии или испарении. В большинстве случаев снеговая граница совпадает с линией между снегом и льдом в своём наивысшем расположении, что бывает в конце сезона таяния.

Ледники образуются только выше снеговой линии. Высота снеговой линии зависит от широты местности. В Гренландии она совпадает с нулевой отметкой, на Кавказе 3000 м, В Заалайском хребте на Памире – 4800 м, а в Гималаях приближается к 6000 м. Зависит она и от влажности климата. На Западном Кавказе она проходит на отметке 2700 м, а на более сухом Восточном Кавказе – 3800 м. В зависимости от экспозиции склона изменяется количество осадков, меняется и положение снеговой линии. Так на северных склонах Алайского хребта она ниже, чем на южных.

Как же образуется лед? Снег попадает на дно долин в виде твердых осадков, либо сносится туда лавинами. На плоских и вогнутых частях склонов снег может накапливаться многие сотни лет. Под воздействием солнца и ветра снежинки теряют свои лучики и превращаются в зернышки. При таянии снега, вода просачивается в его толщу и там замерзает. Но при этом новых кристаллов не образуется, а происходит рост уже существующих. Фирном называется снег, имеющий зернистую структуру и возраст более года.

Чем старше фирн, тем глубже он залегает, и тем крупнее его зерна. С ростом зерен, из фирна вытесняется воздух, и он становится плотнее. Наконец, зерна срастаются и образуют однородную массу – белый фирновый лед.

Лед одновременно хрупок и пластичен. Чем выше температура и давление, тем пластичнее лед. Благодаря пластичности нижние слои льда выдавливаются верхними, и они начинают течь. Из-под толщи фирна выползает глетчерный лед. Для того, чтобы лед начал течь по пологой поверхности необходим вес шестидесятиметровой толщи льда. Однако, если уклон долины значителен, лед течет и при меньшем давлении. При крутизне 45° для этого достаточно всего двухметровой толщи.

Скорость течения льда может измеряться сотнями метров в год, например, скорость течения крупнейшего в Евразии ледника Федченко достигает в его средней части 252 м в год.

У ледника различают зону питания или фирновый бассейн, где собираются основные массы снега и зону стока – язык ледника.

По мере течения вниз по долине, лед тает и, наконец, на некоторой высоте количество притекающего льда становится равным количеству тающего. Здесь язык ледника кончается. Если климат меняется, то ледник наступает, то есть, становится более длинным, или, наоборот, отступает.

У некоторых ледников случается очень быстрое наступление, не обусловленное похолоданием или увеличением количества осадков. Такие быстрые наступления называют подвижками. Некоторые ледники склонны к периодическим подвижкам и называются пульсирующими. Одним из самых известных пульсирующих ледников является ледник Медвежий на Центральном Памире. Для него характерны быстрые подвижки, в результате которых ледниковый язык продвигается за несколько месяцев на 2 км вниз по долине и перекрывает долину реки Абдукагор, где наполняется озеро объёмом до 20 миллионов кубических метров. Прорывы озера вызывают разрушения в Ванчской долине, поэтому во время подвижек ледник бомбят авиационными бомбами. Подвижки ледника Медвежьего происходят раз в 10-12 лет.

Пульсирующие ледники встречаются весьма часто и преподносят сюрпризы альпинистам и горным туристам. Поверхность ледника во время подвижки - состоит из ледовых сегментов и практически непроходима.

После подвижки наблюдается быстрое отступление ледника. При этом участки льда на концах языка или у его берегов перестают двигаться и отделяться от ледника. Такой лед называется мертвым. Мертвый лед, засыпанный толстым слоем камней и песка, называется погребенным льдом. Мёртвый лёд на бортах долины является постоянным источником опасных камнепадов.

ЛЕДНИКОВЫЕ ТРЕЩИНЫ. Разрывы в теле ледника, вызванные неодинаковой скоростью течения льда, называются ледовыми или ледниковыми трещинами.

Трещины бывают поперечными, реже, продольными.

Между краями ледника и склонами долины, из-за нагрева скал или береговых морен, образуется углубление или трещина, называемая рантклюфтом. Рантклюфт нередко служит наиболее простым путем подъема на язык ледника или обходом ледопада, но при этом он бывает опасен из-за камнепадов и обвалов с ледника и склонов долины, включающих участки мертвого льда.

Разрыв или подгорная трещина, отделяющая неподвижный лед и фирн склонов цирка от движущегося в зоне питания ледника, называется бергшрундом. Края бергшрунда могут располагаться на разной высоте, образуя нависающие ледовые и фирновые стенки высотой в несколько метров. Бергшрунд, особенно с нависающей стенкой, - это серьезное препятствие. Обычно он преодолевается по снежным мостам или конусам выноса лавин.

Ледниковые трещины могут быть открытыми и закрытыми, засыпанными снегом. Закрытые трещины представляют большую опасность. Двигаться по засыпанному снегом или закрытому леднику можно только в связках.

Если уклон долины велик, а мощность ледника недостаточна, то течение нижних, пластичных слоев разбивает верхние, непластичные слои. Тогда возникает ледопад. То же происходит, если ложе ледника имеет выступы твердых пород – ригели.

Отдельные пики и зубцы льда в зоне ледопада называют сераками. Ледопад – это серьезное препятствие. Из-за постоянного движения ледника рельеф ледопада непостоянен. Указать однозначный путь по ледопаду невозможно, однако, наиболее часто удается найти проход по вогнутым участкам ледника и ледовым кулуарам, где из-за сжатия верхних слоев льда, количество трещин минимально.

Глубина ледниковых трещин может достигать ста метров, но обычно, из-за пластичности льда в нижних слоях, она не превышает 30-40 метров.

ВИДЫ ЛЕДНИКОВ. Различаются ледники покровные, полупокровные и горные.

Покровные ледники возникают на равнине и занимают значительные части суши, как в Антарктиде или Гренландии.

Полупокровные ледники образуются в горах с плоскими или пологими вершинами. Этот тип ледников характерен для Скандинавских стран, островов Ледовитого океана и Тибета. Они имеют куполообразную форму и растекаются от центра к периферии, образуя языки выводных ледников.

Горные ледники, в свою очередь, делятся на долинные, каровые, висячие, возрожденные и звездообразные.

Долинные ледники имеют область питания и язык, спускающийся вниз по долине. Среди долинных ледников различают простые, имеющие одну зону питания и один язык, сложные или древовидные, имеющие много зон питания и один язык, а также перемётные, имеющие одну зону питания и два или несколько языков.

Каровые ледники, в отличие от долинных, не имеют языка. Располагаются они в чашеобразных углублениях склонов – карах. Размеры их невелики.

Висячие ледники образуются во впадинах на крутых склонах и имеют небольшие языки, не касающиеся дна долины. Такие ледники часто опасны обвалами льда.

Возрожденные ледники образуются на дне долины за счет обвалов льда с висячих ледников.

Звездообразные ледники (разновидность полупокровных) образуются на плоских и конических вершинах гор и растекаются с них многими языками. К ним относятся ледники вулканов Эльбруса и Казбека.

Самый длинный долинный ледник Евразии – древовидный ледник Федченко на Памире. Его длина 74 километра. Не многим уступает ему крупнейший ледник Тянь-Шаня – Инылчек. Его длина около 70 километров.

По способу питания различают ледники альпийского и туркестанского типа. В питании альпийских ледников основную роль играют твердые осадки. Многие ледники Памира и Тянь-Шаня не имеют фирнового бассейна и питаются за счет лавин, сходящих со склонов долины. Это ледники туркестанского типа. Из-за особенностей питания эти ледники несут очень много обломочного материала.

РЕЛЬЕФ ЛЕДНИКА. Участки льда под срединными моренами стаивают медленнее открытого льда, поэтому между срединными моренами образуются глубокие впадины. Стекающая по поверхности ледника талая вода образует борозды, ручьи и речки, переправа через которые не всегда возможна.

Под маленькими камнями лед протаивает, образуя неглубокие ледовые стаканчики. А под большими обломками лед не тает, образуя ножку. Крупные глыбы на ледовых ножках называются ледниковыми столами или грибами. Талая вода, сливаясь в трещину, размывает ее края. При смыкании трещины в месте размыва остается глубокий ледниковый колодец. При вращательном движении воды колодец приобретает спиралевидную форму и называется ледниковой мельницей.

Под воздействием солнца испарение льда приводит к образованию кальгаспоров – остроконечных выступов, высотою до нескольких метров.

Вода, передвигаясь по внутренним и подледниковым каналам, вытекает из языка, давая начало реке. В этом месте в языке образуется горизонтальное конусообразное углубление – ледниковый грот.

На пологих вогнутых и ровных поверхностях ледника в среднем его течении, вода, скапливаясь под снегом удерживается, образуя снежные болота. В болотах, как правило, нет опасных трещин, но всегда есть возможность провалиться в глубокую промоину, заполненную ледяной водой.

Верховья долины, длительное время занимаемые ледником, превращаются в глубокие впадины в виде амфитеатров. Такие, закрытые с трех сторон котловины, называются ледниковыми цирками.

С Самых высоких частей горного хребта ледники растекаются в разные стороны, а цирки, образующиеся на склонах, расширяясь, создают остроконечные пирамидальные вершины – хорны. Примером могут служить вершины Маттерхорн в Альпах или Ушба на Кавказе. Высочайшая вершина планеты Эверест – типичный хорн, остаток более значительной горы, "съеденной" ледниками.

МОРЕНЫ. Мореной называется скопление обломков – продуктов выветривания, которые переносились или переносятся ледником.

Различают движущуюся вместе с ледником и отложенную, то есть, неподвижную морену. Движущиеся морены бывают боковыми, срединными и плащевыми (когда морена зачехляет ледник на большой площади). Поверхностные морены особенно часто встречаются на ледниках среднеазиатских гор, где языки ледников могут быть полностью покрыты моренным чехлом значительной толщины на протяжении нескольких километров. На таких покровных моренах встречается растительность вплоть до небольших деревьев.

Отступающий ледник оставляет после себя валы отложенных морен. Холмистый рельеф по пути отступления ледника называют основной мореной. Основные морены крупных ледников образуют сплошные моренные поля, протяженностью в несколько километров.

Неподвижные береговые морены образуются из обломков, осыпающихся с краев ледника.

По мере отступления ледника уменьшается и его мощность и поверхность опускается ниже гребней береговых морен на многие десятки и даже сотни метров. Склоны береговых морен, обращенные к леднику, сохраняют значительную крутизну и подвергаются эрозии. Обратный склон, обращенный к склону долины, обычно полог и покрыт растительностью. Пространство между береговой мореной и склоном долины или между моренными валами называют моренным карманом. Карманы достигают значительных размеров. По ним часто протекают ручьи, пролегают тропы, в некоторых случаях здесь может расти лес. Карман морены часто используют для биваков.

Моренные отложения легко размываются реками, при этом на берегах реки образуются отвесные стены из конгломерата. Очень часто такие реки текут в конгломератных каньонах.

Ссылки.

1. А.А. Алексеев. Горообразование и горный рельеф.