Методы геоморфологии

Каждая наука, имея собственный объект изучения, обладает специфическими методами. Философской методологической осно­вой всех наук географического цикла служит диалектический метод познания. Всеобщая связь явлений, взаимодействие противополож­ных сил, проявление скачкообразности в процессе развития — эти законы служат основой геологических, геоморфологических, клима­тических и других процессов, формирующих поверхность Земли. Например, взаимодействие и одновременно противоположная направ­ленность эндогенных и экзогенных процессов, которые имеют пуль­сирующий характер при смене коротких эпох горообразования дли­тельными этапами относительного тектонического спокойствия.

Применение различных методов в геоморфологии требует оп­ределенных современных представлений о рельефе: поверхность лю­бого участка территории, будь то холмистая равнина или горная цепь, овражно-балочная система или сочетание карстовых воронок, слагает­ся из чередующихся отдельных форм рельефа. Каждую форму слага­ют элементы рельефа: грани или поверхности, ребра (пересечение двух граней), гранные углы (пересечение трех или более граней).

В природе сочетания элементов создают повышения и понижения, выпуклые или вогнутые формы, занимающие различное положение отно­сительно горизонтальной поверхности (уровня моря). Сочетания эле­ментов рельефа образуют вершины, седловины, линии водоразделов, тальвеги речных долин, бровки, подошвы и т.д. В выпуклых формах (вулкан, холм) склоны (элементарные поверхности) падают в разные стороны, а в вогнутых (карстовая воронка, озерная котлови­на) — наклонены навстречу друг другу. Различают формы откры­тые (долина, балка) и замкнутые (котловина, холм). Сочетание про­стых форм образует сложные формы. Например, вулканическая гора как форма рельефа осложнена вторичными эрозионными бороздами-барранкосами, озерная котловина — террасами.

К числу геоморфологических методов относится метод гип­сометрических показателей, который сочетается с картографичес­ким. Формы рельефа значительно различаются по величине. Мно­гие авторы выделяют планетарные формы рельефа, мегаформы, мак­роформы, мезоформы, микроформы, наноформы.

Планетарные формы занимают площади в сотни тысяч и миллионы квадратных километров. К ним относятся материки (платформы), переходные зоны (геосинклинали), срединно-океанические хребты, подводные равнины мирового океана.

Мегаформы занимают площади в сотни или десятки тысяч квадратных километров. К ним относятся горные системы, крупные равнинные страны, разломы планетарного масштаба, впадины морей, срединноокеанические хребты.

Макроформы являются составными частями мегаформ с пло­щадью сотни и тысячи квадратных километров. К ним относятся отдельные хребты горных систем, крупные межгорные впадины, возвышенности, долины крупных рек.

Мезоформы имеют площадь в пределах нескольких квадрат­ных километров, и входят в состав макроформ. Это долины мелких рек, овраги, балки, крупные карстовые воронки, отдельные моренные гряды, булгунняхи.

Микроформы представлены фрагментами более крупных форм. К ним относятся суффозионные западины, эрозионные рытвины, от­дельные эмбриональные дюны, каменные кольца в тундре.

Нанорельеф представляет сочетание очень мелких форм, ос­ложняющих более крупные формы поверхности. В качестве приме­ра можно отметить болотные кочки, муравейники, плужные борозды.

Легко понять, что три первые формы рельефа связаны с дея­тельностью эндогенного фактора и прослеживаются на картах само­го мелкого масштаба. Три последние — являются проявлением экзогенных процессов и изображаются на картах среднего и крупного масштабов.

Формы рельефа группируются в комплексы. Сочетание форм единого происхождения и возраста образует тип рельефа, например, эрозионный, горный, эоловый, долинный. При этом каждый тип создается определенным экзогенным и эндогенным процессом или их сочетанием.

Наиболее общую картину рельефа Земли дает гипсографичес­кая кривая, на которой четко выделяются два основных уровня земной поверхности: материковый, расположенный между -200 —1-2000 мет­ров, который составляет около 30% земной поверхности и океаничес­кий — на глубинах 3000 — 6000 метров, на долю которого приходится 50% поверхности Земли. Остальные 20% занимают высокие горы и глубоководные желоба.

Средняя высота суши над уровнем моря 875 метров, а средняя глубина океана — 3730 метров. Средняя высота земной поверхнос­ти -2400 метров, что характеризует преобладание территории ниже уровня океана.

При характеристике гипсометрических уровней показатель­ны также экстремальные отметки рельефа: высшая точка Земли — гора Джомолунгма (8848 метров), наибольшая глубина Мирового океана в Марианской впадине — 11034 метра. Максимальная амп­литуда высот, таким образом, около 20 километров.

На основании гипсометрического подхода и в зависимости от преобладания абсолютных и характера относительных высот выде­ляется рельеф: низменный (0 - 200 метров) и возвышенный. Последний подразделяется на возвышенности (200 — 500 метров), плато (около 500 метров), плоскогорья (до 1000 метров), нагорья (более 1000 метров), высоко поднятые на тектоническом цоколе относительно слабо расчлененные территории. Горы— низкие (около 1000 мет­ров), средние (1000 - 3000 метров), высокие (более 3000 метров), обширные сильно расчлененные поднятия. Следует отметить, что такая классификация по диапазону высот приблизительна. Кроме абсолютных высот следует учитывать два фактора: степень расчле­нения поверхности и расположения в том или ином климатичес­ком поясе. В частности, горы с одной и той же абсолютной высотой в умеренной зоне с влажным климатом приобретают черты густо расчлененной системы высоких гор (Альпы), а восточный Памир с аридным климатом при больших абсолютных высотах имеет харак­тер высокого нагорья.

Гипсометрия океанического дна (батиметрия) включает неритовую зону (шельф) с глубинами 200 метров; батиальную (матери­ковый склон) с глубинами 200 - 3000 метров, абиссальную (ложе океана) 3000 - 6000 метров и гипабиссальную (более 6000 метров).

Картографический метод в геоморфологии невозможно пере­оценить. Он дает возможность пространственного изображения гео­морфологических комплексов, типов, форм рельефа и является зак­лючительной основой любого геоморфологического исследования. Кроме того, картографический метод находит постоянное примене­ние в орографическом картографировании. На основании после­днего выяснилось, что сложность и многообразие форм земной поверхности классифицируется по семи принципам, которые обо­значаются заглавными буквами русского алфавита: размер А, соподчиненность 6, знак В, удлиненность Г, замкнутость контура Д, морфо­логия в профиле Е, батиметрическое положение Ж. На основании перечисленных принципов, выделены следующее категории, каждой из которых присваивается буква с цифрой: по размеру — крупней­шие Л,, крупные Л₂,мелкие А₃; по соподчиненности — сложные б,, простые Б₂, нейтральные или переходные Б₃\ по удлиненности — изометричные Г₁ ,вытянутые Г₂ , по замкнутости контура — замкну­тые Д₁ и незамкнутые Д₂; по морфологии в профиле — с плавным Е₁ и ломаным Е₂ профилем; по батиметрическому положению — в береговой зоне Ж₁ в пределах шельфа Ж₂ континентального склона и подножия Ж₃, ложа океана Ж₄.

Картографический и картометрический методы непосредствен­но связаны с важнейшим количественным морфометрическим мето­дом в геоморфологии, построенном на математической основе. Морфометрия позволяет рассчитать и оформить картограммами самые различные характеристики рельефа: густоты горизонтального и вер­тикального расчленения, уклоны поверхности и крутизну склонов, озерность, овражность, холмистость и многое другое. Морфометрические расчеты необходимы в практической геоморфологии.

Наряду с картографическим и морфометрическим методами в современной геоморфологии не потерял своего значения метод полевых исследований, включающий маршрутный, полустационарный, стационарный, в том числе описательный с помощью составления сетки нивелировочных профилей и геодезических расчетов. В полевых условиях исследователь-геоморфолог даже без гипсометррической карты может выполнить морфометрический анализ, кото­рый строится на определении внешнего вида форм рельефа: остро­вершинный хребет, плосковершинная возвышенность, куполообраз­ная вершина, расчлененный овраг и т.д. На внешних признаках мож­но дать простую, но важную морфометрическую оценку: высокий, низкий, глубокий с цифровыми показателями (рис. 4, 5).

К числу важнейших, необходимых в геоморфологии относит­ся генетический или историко-морфогенетический метод, с помощью которого выясняются не только внешние черты рельефа, ко и их внутреннее строение. Этот метод широко применяется в геологии, палеогеографии, геофизике, почвоведении, инженерной геоморфоло­гии и др.

В современной науке все большее значение приобретают ме­тоды: палеогеоморфологический, морфоструктурный, методы мате­матического моделирования с применением системного анализа и космических аэрофотоснимков.

Палеогеоморфологический метод заключается в анализе по гребенного рельефа и геоморфологических процессов прошлого, в целях установления коррелятных отложений и связей с совре­менным рельефом — границами древних береговых линий, морских трансгрессий, поверхностей выравнивания и т.д. При этом широко используются данные геологии, геофизики, палеопотамологии, палео-геологии, археологии.

Морфогеотектонический метод дает представление о совре­менных движениях земной норы — тектонических, эвстатических, изостатических, гляциоизостатических. Направление и темпы определяются с помощью изучения береговых линий морей и озер, реч­ных террас, проявления эрозионных или аккумулятивных процес­сов. Основанием для обнаружения коррелятных рыхлых отложений, амплитуды поднятий и погружений за последние 100-150 лет мо­гут служить данные многолетних геодезических съемок.

Морфоструктурный метод построен на определении соотно­шения геологического строения данного участка земной поверхнос­ти и современного рельефа. Крупные геологические структуры обыч­но четко выражены в рельефе: горные хребты, межгорные впадины. Мезоформы и даже микроформы также нередко обнаруживают связь со структурным планом территории, особенно если коренные поро­ды залегают близко от поверхности. Например, в пределах Полес­ской низменности рисунок некоторых речных долин, скопление дюнно-бугристых форм, озерные котловины предопределены линиями тектонических разломов, выступами коренных пород.

Геоморфологические исследования в современной науке тре­буют использования космических и аэрофотоснимков. С их помо­щью удается не только уточнить наземную геоморфологическую ситуацию, но также выделить наиболее крупные линеаменты (в том числе погребенные), кольцевые структуры, разрывные дисло­кации, построить космотектонические карты.

Применение всех или одного из перечисленных методов долж­но сочетаться с системным анализом, при котором любой геоморфо­логический объект рассматривается как результат совокупности вза­имосвязанных и взаимодействующих элементов целостной природ­ной системы. В последней принимают участие три основных показателя: источники энергии, геоморфологические процессы, ими вызванные, и результат их деятельности в виде сформированного геоморфологи­ческого объекта. Например, речная долина представляет собой при­родную систему, возникшую благодаря сочетанию эндогенных и экзо­генных сил, в которой все элементы (русло, пойма, надпойменные тер­расы, вторичные эрозионные формы и т.д.) "подогнаны" друг к другу, объединены возрастными и генетическими критериями. Четкая геоморфологическая система обнаруживается в сочетании двух природ­ных компонентов: озерная котловина и ее водосбор.

Возраст рельефа

В геоморфологии, как и в геологии, к важнейшим показате­лям рельефа относится возраст, определение которого необходимо для решения ряда генетических и практических задач.

В отличие от геологии, определение геоморфологического воз­раста данного комплекса рельефа или отдельных форм значительно сложнее в связи с ограниченностью применения стратиграфичес­кого, палеонтологического, петрографического методов, подкреплен­ных новейшими возможностями радиоуглеродного определения аб­солютного возраста. Вместе с тем, как и в геологии, в геоморфоло­гии существует понятие относительного и абсолютного возраста.

Под относительным возрастом рельефа понимается опреде­ление стадии его развития по комплексу характерных морфологи­ческих и генетических признаков. Например, речная долина на тер­ритории, недавно освободившейся от ледника, имеет невыработан­ную, слабо врезанную долину, высокую озерность, но постепенно врезается в подстилающие породы. В ее продольном профиле со­храняются выступы и озеровидные расширения. Так выглядит рав­нинная река в стадии юности (молодости). По мере старения река вырабатывает профиль равновесия и переходит в стадию зрелости. При стабильном базисе эрозии увеличивается боковая эрозия, рас­ширяется пойма, река успешно меандрирует, течение ее становится замедленным — стадия старости.

Однако это старение относительное, так как при эвстатическом или изостатическом понижении уровня базиса эрозии река снова проявляет глубинную эрозию, врезается в подстилающие породы и приобретает черты относительной молодости.

Понятие относительного возраста применяется также при изучении взаимоотношений одних форм с другими. Например, овра­ги всегда моложе речной долины, на склонах которой они образова­лись; молодые конусы действующих вулканов моложе горного хребта, который они увенчивают и т.д.

Существует способ определения относительного возраста по коррелятным (одновозрастным) отложениям. Например, определе­ние геологическими методами возраста конуса выноса оврага позво­ляет определить возраст самого оврага.

В ряде случаев поверхности выравнивания (денудационные) покрыты (фиксированы) рыхлой корой выветривания, возраст кото­рой всегда моложе и определяется палеонтологическим и стратиграфическими методами.

С помощью радиоизотопных методов есть возможность опре­делить абсолютный возраст рельефа. Наиболее часто применяется радиоуглеродный (по С_и), калий-аргоновый термолюминесцентный, палеомагнитный и др.