МОРФОГРАФИЯ И МОРФОМЕТРИЯ РЕЛЬЕФА

Планетарные, а также мега- и макроформы рельефа могут рыть охарактеризованы площадью, которую они занимают. Безусловно, такая характеристика будет недостаточна для описания более мел­ких форм. Да и для форм высшего порядка наряду с площадью необходимы другие характеристики. Первая из них — это высота или глубина относительно уровня моря (так называемые абсолют­ные высоты или глубины). Наиболее общую характеристику (высот и глубин земной поверхности в целом дает гипсографическая

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100%

Рис. I. Гипсографическая кривая (А) и обобщенный профиль дна океана (Б)

кривая¹ (рис. 1). На этой кривой четко выделяется два основных гипсометрических уровня земной поверхности: материковый уро­вень и уровень, соответствующий ложу океана. Средняя высота поверхности Земли равна —2450 м, из чего следует, что для Земли в целом более характерны отрицательные гипсометрические харак­теристики. Ниже приведены средние высоты материков и глуби­ны океанов.

Для характеристики рельефа Земли в целом, а также отдельных регионов важное значение имеют не только средние, но и экстре­мальные отметки рельефа. Наивысшая точка Земли — вершина

горы Джомолунгма (в Гималаях) — имеет отметку 8880 м, самая большая глубина относится к Марианскому глубоководному желобу­ (Тихий океан) и равна 11034 м. Следовательно, максимальный размах высот на поверхности земного шара достигает почти 20 км.

Гипсометрическая характеристика — одна из важнейших характеристик рельефа. По степени возвышения поверхности суши над уровнем океана выделяют низменный (0—200 м) и возвышен­ный рельеф. Последний по характеру расчлененности подразделя­ется на высокие равнины, возвышенности, плоскогорья и горный рельеф. Горный рельеф по гипсометрии подразделяют на низко­горный (до 1000 м), среднегорный (1000—3000 м) и высокогорный (>3000 м) рельеф.

¹ Для отдельных материков строятся гипсографические кривые поверхности материков, для океанов и морей — батиграфические кривые.

Гипсометрию дна морей и океанов называют батиметрией (от «батос» — глубина). По батиметрическим различиям выделяют неритовую зону морского дна (0—200 м глубины), батиальную (200—3000 м), абиссальную (3000—6000 м) и гипабиссальную (глубина более 6 тыс. м).

Описание планетарных форм, а также мега- и макроформ рель­ефа ведется обычно по обобщающим материалам — картам, свод­кам или обработанным данным по геофизическому и геологиче­скому строению. В полевых условиях геоморфологу чаще всего при­ходится заниматься описанием форм рельефа низших порядков. При таком описании фиксируется общий облик рельефа и внешний облик составляющих его форм, отмечаются их площади и линей­ные размеры (ширина, длина), абсолютные высоты и размах высот между соседними положительными и отрицательными формами рельефа (относительные высоты), описываются составляющие эти формы элементы — склоны и субгоризонтальные поверхности. За­меряются углы наклона этих поверхностей и указывается характер границ как между элементами в пределах одной формы, так и меж­ду соседними формами рельефа. Дается также характеристика плановых очертаний форм, их ориентировка, отмечается, какими породами сложены формы и как залегают эти породы, Морфографическая (качественная) и морфометрическая (коли­чественная) характеристики рельефа не заканчиваются полевыми наблюдениями. В камеральных условиях на основе полевых мате­риалов, а также топографических карт, аэро- и космических сним­ков может быть составлена целая серия так называемых морфометрических карт:

1. Карты густоты горизонтального расчленения. Наиболее про­стой способ построения такой карты сводится к определению дли­ны эрозионной сети L на единицу площади Р—L/P. Показатели интенсивности расчленения подписываются на карте внутри квад­ратов, по которым велся подсчет длины эрозионной сети, и затем в соответствии с выбранной шкалой квадраты закрашиваются или заштриховываются. Обычно придерживаются правила: чем интен­сивнее расчленение, тем темнее окраска или гуще штриховка (рис. 2). Можно также интенсивность расчленения показывать

Рис. 2. Картограмма густоты долинно-балочной сети (в километрах на 1 км², по А. И. Спиридонову)

изолиниями, соединяющими отметки с одинаковыми показателями густотырасчленения. Другой способ определения густоты эрозион­ного расчленения основан на измерении расстояний между линия­ми водоразделов и днищами (тальвегами) ближайших эрозионных форм.

2 Картыглубины расчленения. Один из способов составления подобного рода карт заключается в том, что на топографической основе проводят границы элементарных бассейнов, а затем в каждом из них определяют амплитуду между самой высокой и самой низкойточками. Согласно полученным цифровым показателям и шкале условных знаков, площади бассейнов закрашиваются или заштриховываются, обычно, по правилу: чем больше глубина рас­членения, тем темнее окраска или гуще штриховка.

Для определения глубины расчленения может быть использо­ван и такой прием: по изучаемому профилю определяется разница между наиболее низкими и наиболее высокими точками профиля.

3. Карта общего показателя расчленения рельефа. Составление такой карты основано на подсчете по условным квадратам сумм длин горизонталей. Затем через центры квадратов, имеющих
одинаковую сумму длин горизонталей, проводятся соответствующие изолинии.

4.Карты крутизны земной поверхности. Показателями крутизны­ земной поверхности могут быть угол наклона и отвлеченная величина — уклон i, равный tga. Построение карты углов наклона
заключается в следующем. В соответствии с выработанной леген­дой и шкалой заложения на топографической карте проводят гра­ницы участков с соответствующими углами наклона земной поверхности­. После выполнения этой работы карта раскрашивается или заштриховывается по указанному выше правилу. Если нужно най­ти уклон по профилю, находят тангенс угла a — отношение превы­шения верхней точки над нижней к горизонтальной проекции, рас­стояния
между этими точками.

Существуют и другие типы морфометрических карт, как и дру­гие способы составления перечисленных выше карт.

По получаемым морфометрическим показателям выделяются следующие категории рельефа.

1. По густоте горизонтального расчленения (удаленности линий водоразделов от тальвегов эрозионных форм).

1000 м — слаборасчлененный рельеф

500—1000 м — среднерасчлененный рельеф

100—500 м — значительно расчлененный рельеф

50—100 м — сильнорасчлененный рельеф

<50 м — очень сильно расчлененный рельеф

2. По глубине вертикального расчленения.

Для плоских равнин

<2,5 м — нерасчлененный или мелкорасчлененный

2—5 м — среднерасчлененный

5—10 м — значительно расчлененный

Для холмистых равнин

10—25 м — мелкорасчлененный

25—50 м — среднерасчлененный

50—100 м — глубокорасчлененный

Для горных территорий

100—250 м — мелкорасчлененный

250—500 м —

00—1000 м — глубокорасчлененный

>1000 м — очень глубоко расчлененный

3. По крутизне земной поверхности.

Равнинный плоский

Равнинный волнистый

Равнинно-холмистый

Холмистый

Гористый

Горный

Выделенные морфометрические категории неявляются абсо­лютными, в особенности, если учитывать только какой-либо один показатель. Например, встречаются наклонные равнины, средний угол наклона поверхности которых может достигать 5°, но вместе с тем они не расчленены, поэтому их нельзя отнести к холмистым равнинам.

Морфографическая и морфометрическая характеристики релье­фа имеют большое прикладное значение, так как без знания этих характеристик немыслимо строительство зданий и возведение со­оружений, прокладка трасс железных и шоссейных дорог, прове­дение разного рода мелиоративных мероприятий и т. д.

Тщательное изучение морфографии и морфометрии рельефа име­ет значительный научный интерес. Разнообразие морфографических и морфометрических показателей заставляет искать причину их различий, которая может заключаться в неоднородности геоло­гического строения изучаемой территории, в характере и интенсив­ности новейших тектонических движений и современных экзогенных рельефообразующих процессов. В связи с научно-прикладной значимостью морфографические и морфометрические показатели явля­ются важнейшей составной частью легенд и содержания общих геоморфологических карт.

Однако характеристика рельефа только по морфографическим и морфометрическим показателям недостаточна. При классифика­ции рельефа по этим показателям в одной категории могут ока­заться формы, имеющие сходный внешний облик, но различные по происхождению (например, моренный холм и эоловый бугор) и, напротив, близкие по генезису, но разные по внешнему облику формы окажутся разобщенными (например, овраг и конус выно­са этого оврага).

ГЕНЕЗИС РЕЛЬЕФА

Главное исходное положение современной геоморфологии — представление о том, что рельеф формируется в результате взаимо­действие эндогенных и экзогенных процессов. Этот тезис является одновременно наиболее общим определением генезиса рельефа Земли вообще, но он, безусловно, остается слишком общим и дол­жен быть детализирован при рассмотрении конкретных форм или комплексов форм рельефа.

Как уже говорилось выше, наиболее крупные формы рельефа — планетарные, мега- и макроформы, а в некоторых случаях и мезоформы — имеют эндогенное происхождение. Своим образованием они обязаны особенностям структуры земной коры.

Эндогенные и экзогенные процессы формирования рельефа взаимосвязаны. Экзогенные процессы в ходе своей деятельности либо усложняют, либо упрощают рельеф эндогенного происхожде­ния. В одних случаях экзогенные агенты вырабатывают более мел­кие мезо- и микроформы, в других — срезают неровности коренного рельефа, в-третьих — происходит погребение или усложнение эндо­генного рельефа за счет образования различных аккумулятивных форм. Характер воздействия экзогенных агентов на рельеф эндо­генного происхождения в значительной мере определяется тенден­цией развития рельефа, т. е. тем, являются ли господствующими восходящие (положительные) движения земной коры или же пре­обладают нисходящие (отрицательные) движения.

По существующим представлениям основным источником энер­гии эндогенных рельефообразующих процессов является тепловая энергия, продуцируемая главным образом гравитационной диффе­ренциацией и радиоактивным распадом вещества недр Земли.

Гравитация и радиоактивность, разогрев и последующее охлаж­дение недр Земли неизбежно ведут к изменениям объема масс веществ, слагающих мантию и земную кору. Расширение зем­ного вещества в ходе нагревания приводит к возникновению восхо­дящих вертикальных движений как в мантии, так и в земной коре. Земная кора реагирует на них либо деформациями без разрыва пластов (образованием складчатых нарушений, или пликативных дислокаций), либо разрывами и перемещением ограниченных раз­рывами блоков (дизъюнктивные дислокации) земной коры. Склад­чатые дислокации образуются также и в тех случаях, когда движе­ние блоков влечет за собой вспучивание или сползание по склонам поднимающихся блоков пород, находящихся в пластичном или по­лупластичном состоянии.

Разрывы могут проникать в толщу коры, проходить сквозь нее и достигать очагов расплавления пород. Тогда гигантские трещи­ны превращаются в каналы, по которым расплавленное вещество — магма - устремляется вверх. Если магма не достигает поверхности земли и застывает в толще земной коры, образуются интрузив­ные тела. Образование крупных интрузий — батолитов, штоков — неизбежно ведет к механическому перемещению вверх толщ перекрывающих их пород, т. е. также способствует образованию, пликативных или дизъюнктивных дислокаций. Не менее важно при этом динамическое (давление), термическое и химическое воздей­ствие внедряющихся магматических пород на осадочные породы, которые превращаются в результате такого воздействия в мета­морфические породы.

Излияние расплавленного материала на поверхность, сопро­вождаемое выбросами паров воды и газов, получило название эффузивного магматизма, или вулканизма.

Образование разломов в земной коре, мгновенные перемещения масс в недрах Земли сопровождаются резкими толчками, которые на поверхности Земли проявляются в виде землетрясений. Земле­трясения— это одно из наиболее заметных простому наблюдателю проявлений современных тектонических процессов, протекающих в недрах Земли.

Итак, вертикальные колебательные движения земной коры, со­провождающиеся образованием разломов, перемещением блоков коры и складчатостью, глубинный магматизм, вулканизм и земле­трясения — вот те рельефообразующие процессы, источником энер­гии которых являются внутренние силы Земли. Однако создавае­мые этими процессами формы рельефа в нетронутом виде в приро­де встречаются редко, так как уже с момента своего зарождения они подвергаются воздействию экзогенных процессов, преобразу­ются ими.

Главный источник энергии экзогенных процессов — энергия Солнца, трансформируемая на земной поверхности в энергию дви­жения воды, воздуха, материала литосферы. Во всех этих про­цессах принимает участие гравитационная энергия, и поэтому названные процессы не являются чисто экзогенными. К числу экзогенных процессов относятся рельефообразующая деятельность поверхностных текучих вод и водных масс океанов, морей, озер, растворяющая деятельность поверхностных и подземных вод, а так­же деятельность ветра и льда.

Существует также целая группа процессов, протекающих на склонах и получивших наименование склоновых. Наконец, есть еще две группы процессов, которые также можно отнести к экзо­генным геоморфологическим процессам: рельефообразующая дея­тельность организмов, а также хозяйственная деятельность челове­ка, роль которой как фактора рельефообразования по мере разви­тия науки и техники становится все более значительной.

Перечисленные рельефообразующие процессы лишь в редких случаях протекают обособленно.

Довольно редко мы можем сказать, что та или иная форма рельефа образовалась и развивается в настоящее время под дейст­вием лишь одного какого-либо процесса. Поэтому при определении генезиса рельефа геоморфолог всегда или почти всегда сталкива­ется с вопросом, какому геоморфологическому процессу следует отдать предпочтение, какой из них следует считать ведущим и в наибольшей степени определяющим генезис рельефа. Трудности гене­тического анализа могут быть систематизированы в виде следую­щего перечня:

1. Рельеф Земли, как было отмечено выше, есть результат взаи­модействия эндогенных и экзогенных процессов. Однако такой от­вет слишком общ и нуждается в конкретизации в каждом отдель­ном случае. На первом этапе такой конкретизации необходимо выяснить, какая же из этих групп процессов в данном случае пре­валирует. Это уже нелегкая задача, потому что, как показывают наблюдения, интенсивность тектонических и экзогенных процессов в целом соизмерима. Так, если средняя скорость тектонических процессов выражается миллиметрами или десятыми долями милли­метра в год, то и средняя скорость денудации земной поверхности
или аккумуляции продуктов денудации измеряется величинами то­го же порядка.

2.Нередко можно наблюдать, что рельеф, созданный в недав­нем прошлом под воздействием одних агентов, в настоящее время подвержен воздействию других.

3.Часто встречаются случаи, когда рельеф формируется за счет совокупного влияния нескольких процессов, действующих пример­но с одинаковой степенью интенсивности и дающих примерно рав­ноценные результаты.

4.При выявлении генезиса форм рельефа разного порядка не­редко приходится сталкиваться с таким явлением, когда крупная форма в целом обусловлена деятельностью эндогенных процессов,
а мелкие формы на ее склонах представляют результат деятель­ности экзогенных процессов. В этом случае, очевидно, вопрос о генезисе рельефа может решаться различно в зависимости от то­
го, с крупной или мелкой формой рельефа мы имеем дело.

Перечисленные трудности в большинстве случаев преодолимы. Прежде всего, если решается вопрос о планетарных или мегаформах рельефа, то, несомненно, они в своих крупных чертах связаны с эндогенными процессами. Это можно сказать (с некоторыми ис­ключениями) и о макрорельефе.

Из мезоформ лишь в отдельных, довольно редких случаях можно выделить такие формы, морфология которых целиком определена тектоническим процессом и не изменена экзогенными агентами. Мезоформы и более мелкие формы рельефа в подавляющем боль­шинстве случаев оказываются связанными с экзогенными процес­сами, хотя проявление их в той или иной геологической обстанов­ке может быть существенно различным. При этом в качестве веду­щего процесса выделяется тот, который придал основные черты данной форме или данному комплексу форм рельефа, даже если в настоящий момент этот процесс перестал действовать. Для при­мера можно привести ледниково-аккумулятивный рельеф областей недавнего (позднеплейстоценового) оледенения, четвертичные морские или аллювиальные террасы. В настоящий момент эти образования подвержены воздействию других процессов, но, будучи ледниковыми, прибрежно-морскими или флювиальными формами, они еще в достаточной мере сохранили те морфологические черты, которые им придали недавно действовавшие процессы.

В тех случаях, когда в образовании той или иной формы или группы (комплекса) форм одновременно участвуют не один, а два или несколько факторов, вполне соизмеримых по своему морфоло­гическому значению, следует говорить о сложном, комплексном происхождении рельефа.

Генезис рельефа определяется преимущественно в ходе полевых наблюдений, на основе которых устанавливаются характерные чер­ты, свойственные различным генетическим типам рельефа, призна­ки выработанных или аккумулятивных форм рельефа. Кроме того, для выяснения генезиса аккумулятивных форм рельефа важное значение имеет всестороннее изучение слагающих их отложений. Аллювиальные, пролювиальные, морские отложения и т. д. облада­ют в большинстве случаев достаточно специфическим комплексом литологических и морфологических свойств, позволяющих судить о генезисе слагаемых ими аккумулятивных форм. Эти признаки бу­дут более ясны из последующего рассмотрения различных генети­ческих групп рельефа.