Бутвиловский В. В. Основы устройства и способы развития литосферы Земли. 1 том.  1995. 108 с.

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Парадоксально, но до сих пор мы не имеем достаточно точной науки, описывающей и изучающей окружающую нас природную среду. Наше обустройство на планете будет идти трудно и с ошибками до тех пор, пока мы не научимся хорошо понимать окружающую среду и самих себя. Поэтому необходимость точного научного расчета стратегии нашего поведения очевидна. А возможен ли этот расчет без точных наук о Природе? Нет. И наша задача -- искать путь к точному знанию и передавать эти знания студентам, учителям и школьникам.

Ни у кого не вызывает удивления, что дети уже в 6-7 лет начинают познавать строгие законы математики, а в старших классах изучают физику и химию не только как красивые истории о яблоке Ньютона или купании Архимеда, но и формально строго, на базе математики и моделирования. К сожалению, географию так не изучают. Учащихся, да и студентов обучают на "полухудожественных" рассказах о Природе, дают им для запоминания огромное количество сведений регистрационного характера (часто неясных и неточно определенных) и очень мало обучают пониманию самой сути происходящего в Природе, методологии познания окружающей среды.

И художественно-образное, и формально-строгое восприятие-познание окружающего Мира в равной степени интересно и полезно, Плохо, когда какое-либо направление господствует над другим. Оттого, что в географии доминирует первое и почти не развито второе -- и следуют причины наших неуспехов и наше топтание на месте. Мне кажется, что стоит попробовать осторожно двинуться вперед. Этот путь и обозначен в предлагаемом курсе лекций. Короток, удобен и легок ли выбранный путь, ведет ли он к цели - покажет время.

Данное учебное пособие написано для всех читателей, интересующихся проблемами географии, для учителей и студентов, преподавателей ВУЗов, географов и геологов исследователей и практиков. По возможности я старался излагать материал как можно проще и популярнее, но было не обойтись без сухих формально-строгих определений, описаний и рассуждений. Особое внимание уделялось и научному, и повествовательному языку. Очень важно, чтобы излагаемые мысли всегда понимались однозначно, были точно и понятно сформулированы -- даже в ущерб литературно-эстетической стилистике. С выполнением этого условия бывает трудно справиться, и быть может не все объяснения мне удалось сделать легкими для понимания их "слабыми" студентами; в этом случае и студентам тоже полезно поработать над собой.

Я не стремился давать исчерпывающие сведения и представления о предмете или о проблемах, связанных с его исследованием. Это невозможно, да и не нужно на начальных ступенях познания. Мною выделены общепринятые и наиболее важные сведения, предложено собственное понимание Фундаментальных положений, дана критическая оценка тех или иных вопросов. Общепринятые и давно известные представления даются обычно без[И1] ссылок (как это принято в учебных пособиях), но в особо важных моментах я старался делать необходимые ссылки, чтобы подчеркнуть научный приоритет и патриархов нашей науки, и исследователей-современников. Да простят и поймут меня коллеги, если кого-либо не удалось упомянуть; вклад их в развитие науки все равно ведь известен и оценен. Многие ссылки специально сделаны мною на широко известные и популярные литературно-научные источники. Одновременно их следует воспринимать как список дополнительной литературы для студентов и учителей.

Материал изложен по определенной системе, последовательно и логично. Восприятие читателем этой системы существенно упростит усвоение лекций. Но какова структура данной системы -- пусть выясняет сам читатель, и пусть это будет дополнительным заданием к тем вопросам и задачам, которые предлагаются в конце каждой темы.

Пособие задумано как двухтомник: общая часть учения о литосфере -- первый том, и второй том -- характеристика различных типов морфолитогенеза нашей планеты, методика изучения и картирования рельефа. Пособие будет насыщено рисунками и пояснительными схемами. В конце тома дано краткое содержание основных положений пособия на немецком языке. Осмелюсь предложить его преподавателям немецкого языка для использования на занятиях со студентами. Тем самым оно, возможно, будет полезно и для языковой практики, и для закрепления знаний о рельефе земной поверхности.

Многие темы и вопросы, излагаемые в пособии, обсуждались с коллегами по научной и преподавательской работе: М.Ф. Адаменко, А.Е. Аввакумовым, Т.В. Бутвиловской, Н.Г. Евтушик, И.А. Жуковым, Е.А. Кузнецовым, А.Л. Обыскаловым, Е.Е. Перфильевым, В.И. Силенковым, А.Н. Уваровым. Всем им приношу свою благодарность, а также дочери Даше, которая отпечатала рукопись этой книги. Весьма признателен я руководству Новокузнецкого пединститута, изыскавшему средства для опубликования пособия, профессору Томского университета Земцову А.А., любезно взявшему на себя хлопоты по рецензированию книги, а также опытнейшему геологу Южсибгеолкома Е.Ф. Сухих, поддержка которого очень помогла мне на начальном этапе исследований. Все замечания, вопросы, впечатления по содержанию книги прошу направлять по адресу: г, Новокузнецк, просп. Пионерский» 13, Новокузнецкий пединститут, д.г.н. Бутвиловскому Владимиру Викторовичу -- буду признателен и постараюсь ответить.[И2]

Глава 1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СУЩНОСТИ НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ, ИХ СТРУКТУРЕ И ФУНКЦИИ; АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ НАУК О ЗЕМЛЕ

1.1. Сущность научного познания

Прежде чем приступить к изложению лекционного курса и попытаться определить, что же такое "литосфера", "рельеф" и т.п., важно обратить внимание читателя сначала на то, что такое научные знания, из чего они состоят, чему обязаны соответствовать и что обязаны выполнять.

Формально говоря, наука или научные знания о чем-либо -- это пополняющаяся сумма фактов и представлений об объекте, это законы его поведения и связи между его компонентами, установленные с помощью эмпирических наблюдений и строгих логических умственных заключений, Научные знания должны достаточно точно прогнозировать поведение объекта в определенных условиях и быть способны предлагать строго доказуемые решения тех или иных вопросов. Все мы прекрасно понимаем, что научные знания об объекте -- это представления субъекта, модельные построения субъекта, абстрагирующие и упрощающие реальные объекты и их связи. Субъективное отражение реального мира -- это наша неизбежность, и мы бессильны здесь что-либо изменить. Это сродни демократии -- "скверная штука, но лучше ничего еще не придумано". Поэтому "разговоры о недостоверности субъективного восприятия -- обывательская болтовня. Достоверность нужна всегда в определенных пределах, за которыми она становится бессмысленной..." (Гумилев, 1993,с.353). Что может наилучшим образом оценить достоверность наших субъективных научных представлений? Практика, Реализация идей в теоретическом анализе, эксперименте и практическом применении. Чрезвычайно важна критическая оценка их достоверности с формально-логических позиций. Не лишена здравого смысла и позиция философии прагматизма, определяющая истину как "... полезность или как работоспособность идеи" (Комаров, 1985, с.21).

Если какое-либо учение о вещах не способно предлагать строго доказуемые однозначные (в том числе и вероятностные) решения вопросов об их связях и поведении, то трудно, на мой взгляд, признать это учение научной дисциплиной. Скорее это вера, мироощущение или искусство, находящие себе фанатичных и экзальтированных поклонников или противников. Трудно себе представить, что может возникнуть грандиозный, длящийся десятилетиями спор вокруг математического решения 2*2=4, или закона Архимеда, или Периодического закона Менделеева. Ни у кого из нормальных людей не находится принципиальных возражений против заповедей христианского учения -- этой теории выживания и развития человечества. Но обратите внимание, какой шум стоит вокруг летающих тарелок, экстрасенсов, астрологов, белых братьев, способов поправить здоровье, контактеров, визитеров, выставок авангардистов, эссе журналистов и т.д.[И3]

Шум потише -- у геологов, озабоченных поисками полезных ископаемых; у географов, районирующих территории то так, то эдак. Но потише лишь, пожалуй, потому что народу здесь поменьше.

Прошу понять меня правильно, я не хочу сравнивать нас с экстрасенсами и авангардистами и не собираюсь их порицать. Просто обращаю Ваше внимание на то, что и мы в географии еще не предложили формально строгих решений стоящих перед нами практических и теоретических вопросов. Следовательно, наши учения еще не отвечают статусу научных в строгом понимании их сущности. Наука география находится лишь в стадии становления и нам важно быстрее пройти этот путь. А чтобы его пройти, нужно знать поточнее, а куда же двигаться и что преодолевать. Для этого незаменим и чрезвычайно полезен опыт наук, преодолевших этот путь - математики, физики, химии, политэкономии, права и т.д.

Основы любой науки составляют следующие "элементы" (Воронин,Eraнов, 1974):

1. Исходные понятия, с помощью которых формулируются представления, определения и аксиомы данной науки (в геометрии -- понятия "точка", "прямая", "угол" и др.; в физике -- "тело", "масса", "скорость", "сила" и др.).

2. Объект и предмет исследования -- некоторая специфическая реальность окружающего мира и сумма знаний о ней.

3. Мотивы, цели, и задачи исследования (мотивы -- практическая необходимость и психологические стимулы познания чего-то; цель -- идеальный конечный результат познания; задачи -- частные вопросы, решаемые в процессе достижения цели (Забродин и др., 1986)). Я считаю, что понятие стратегической цели в науках универсально -- это обоснование сущности объекта и законов его развития, и способность количественно их оценивать.

4. Методы исследования -- способы, алгоритмы решения задач познания. Выделяются индуктивные методы (умозаключения выводятся из опытных данных об объекте) и дедуктивные (умозаключения делаются логически и затем проверяются опытными данными).

5. Строение и структура науки, взаимосвязь ее разделов, фактический материал, аксиомы, законы к закономерности поведения ее объекте, теории и результаты.

6. Область применения результатов, связь с другими науками.

Рассматривая состояние какой-либо науки, необходимо выделить в ней вышеперечисленные "элементы" и оценить их с формальной и практической позиций. В качестве примера, на самом упрощенном уровне рассмотрим математику. Математика логически осмысливает простые, но универсальные свойства вещей -- их пространственно-временную протяженность и количественную множественность; математика -- это классификация и изучение всех возможных закономерностей (Сойер, 1972). Стимулом математических[И4] исследований являлась необходимость количественных оценок тех или иных вещей и действий еще в процессе ранней человеческой деятельности. Это определило цели и задачи математики -- создание точных, не вызывающих споры и разногласия способов количественной оценки явлений и взаимоотношений. Отсюда становится понятен объект и предмет исследований математики -- это изучение всех возможных закономерностей поведения и связей вещей, абстрагированных от собственной сущности вещей. Необходимость точной и бесспорной количественной оценки связей потребовала введения формально строгих исходных понятий (число, действие, множество и т.д.) и аксиом. Аксиомы -- это основные, не нуждающиеся в доказательствах, интуитивно очевидные факты, априори принимаемые за исходные и истинные, и в дальнейшем эффективно работающие при решении задач; т.е. практика проверяет истинность и "работоспособность" аксиом (примеры аксиом в геометрии Евклида: через две точки можно провести лишь одну прямую и кратчайшее расстояние между ними -- прямая; или -- параллельные линии не пересекаются друг с другом при бесконечном их продолжении).

Развитие математики шло с уточнением аксиом и формулированием с их помощью теорем -- истин-заключений, логически строго выводимых из аксиом. Теоремы позволяли уже четко решать различные задачи, давали алгоритмы, методы их решения. Практика и собственно теоретическое развитие математики выдвигали перед исследователями новые задачи, все более сложные, требующие введения новых понятий, аксиом, методов решения синимые числа, криволинейные пространства, интегральное исчисление, теория вероятности и т.д.)

Опыт научных исследований показал, что постановка задач - это в значительной мере искусство (дедуктивное озарение). Решение задач зависит от объективности вводимых данных и будет осуществлено лишь при условии, что задачи четко и однозначно сформулированы, строго оговорены все их условия, и задачи имеют смысл в данной науке. Некорректно поставленные задачи решения и смысла не имеют.

Для решения научных задач очень важно моделирование объектов -- замена реального объекта идеальной системой или материальным объектом с четко заданным набором свойств, отражающих изучаемый объект. Могут предлагаться различные модели, основанные на разных математических аппаратах -- статистике, арифметическом, дифференциальном исчислении. Модели могут быть образными (графики, карты) или материальными (копии реальных объектов), словесно-логическими или знаковыми (уравнения, зависимости). Пригодность модели оценивается по формально-логическим критериям и по ее соответствию принципам и основным законам данной науки, а также тем, что нового дает она практике. В конечном итоге процедура решения задачи перерастает в теорию. Теория -- это система формально правильно построенных высказываний, описывающих: задачу, набор[И5]  различных моделей, аппарат для решения задачи, процедуру получения фактов и проверки их соответствия ожидаемым результатам и реальным объектам, а также правила интерпретации. Теория включает две части: 1) как соотносить природные объекты с математическими величинами и 2) уравнения или законы, устанавливающие соотношения между этими величинами.

Что такое научный закон? Закон -- это связь или соотношение между частями объекта, всегда реализующаяся между ними в определенных (идеальных) условиях. Закономерность -- это проявление закона в реальном мире вещей, в котором необходимые для реализации закона условия не идеальны. Поэтому данная связь или соотношение проявляется не всегда точно, а имеет тенденцию реализовываться согласно закону, приближенно следуя ему.

Многие основные законы науки, выведенные в ходе эмпирических и теоретических исследований, не историчны и не генетичны (не причинно-следственные), "Закон только констатирует обобщенный характер какой-то фактической зависимости (последовательности, корреляции и т.д.). Обьяснение... (явлений) ... начинается только установлением координации законов" (Фресс, Пиаже, 1966, с. 164). Большинство законов Природы (законы Ньютона, Галилея, Кеплера и др.) не выводится из естественно наблюдаемых данных. Их можно вывести из эмпирических данных лишь благодаря некоторой дедуктивной модели. Действительность, взятая в "чистом" виде, обычно настолько сложна, хаотична и незакономерна, что для познания и построения теории каких-то ее взаимосвязей приходится упрощать ее и идеализировать, Образно говоря, теория "представляет собой сито, которое просеивает и сортирует бесчисленные факты и без которого факты остались бы запутанным клубком бессмысленностей" (Бартон, 1963, с. 156). Методология и логика науки предъявляют многочисленные требования к теоретическим конструкциям: выводимость из наблюдений, однозначность, непротиворечивость, простота построения, отсутствие логических кругов в последовательности вывода, возможность пополнения новыми характеристиками, совместимость с другими моделями-теориями (Салин, 1983).

Математика позволяет объединять объекты по сходству их логических структур, а не по близости самих объектов, позволяет отыскать внутренние логические аналогии внешне, казалось бы, совершенно далеких друг от друга процессов, которые, как доказывает математика, оказываются удивительно аналогичны и описываются одними и теми же уравнениями (к примеру: потенциал электрического поля, гравитационного поля, температурного поля.)

Математика играет роль универсального языка и "катализатора" во взаимодействии разных наук и необходима для их взаимного проникновения и сближения. Поэтому всякая наука должна быть " математизирована". При[И6] этом для решения научных задач не всегда обязательно применение вычислительной математики. "Математической прежде всего должна быть сама схема рассуждений" (Воронин, Еганов, 1974). И я дополняю -- структура основных понятий, аксиом и законов данной науки. Эти требования справедливы для всех наук и если последние удовлетворяют им хотя бы в своих элементарных основах, то они могут с полным правом называться научными дисциплинами. Возможно» что мой беглый экскурс в проблемы познания и оценки научных знаний может кому-то показаться не совсем уместным в рамках данного курса лекций. Думаю, что это не так.

Данный экскурс весьма полезен и для исследователей естественных наук, которым нельзя игнорировать основу всех основ -- методологию познания и построения знания -- эту ключевую проблему, без решения которой развитие науки невозможно. Это крайне необходимо и учителям для понимания элементарных основ своего предмета, для трезвой оценки степени объективности передаваемых ученикам знаний. Но самое главное, понимание самых простых основ научного знания очень необходимо школьникам. Важно сразу сорентировать их в этом направлении, привить им способность осознанного восприятия знаний, дать понять как строится здание науки, как оно работает на себя и на наши практические потребности, К сожалению, этому вопросу уделяется недостаточно внимания и проходит зачастую много времени, пока исследователь-естественник начинает понимать важность этих вещей и начинает оценивать свои результаты по должным требованиям, зачастую убеждаясь, что основная часть времени и сил была растрачена.

Из вышеизложенного очевидно, что если мы не будем подчиняться строгим методологическим правилам изучения своего предмета, то в итоге получим не науку, способную четко и однозначно решать насущные задачи и прогнозировать, а схоластическое учение с неясными целями и задачами, бесконечными спорами и дискуссиями, неспособное что-либо решить и строго доказать кому-либо. Такое состояние дел недопустимо.

1.2. Сравнительный анализ структуры и Функции физико-математических и геолого-географических наук

Несомненно, что общие методологические принципы обязательны для всех наук, в том числе и для геолого-географических. Но пока эти науки трудно признать отвечающими методологическим требованиям. Это понимают и признают очень многие исследователи. К примеру, А.Н. Павлов (1990, с. 14?) пишет: только "...создав новый стиль мышления, основанный на системе теорий, строго научном языке и новой системе методов, геология сможет выйти на теоретический уровень познания..." Ю.А. Воронин и 3.А.Еганов (1974, с.43-44) еще более категоричны, справедливо считая, что "…геологические определения не удовлетворяют требованиям фор[И7]мальной логики, геологический язык очень в малой степени обладает доказательной и информационной функциям, ... классификации геологических объектов с формальных позиций совершенно неудовлетворительны."

Резюмируя выводы этих исследователей, повторю и дополню, что физка и математика базируются на нескольких десятках понятий и терминов (исключая свою прикладную сферу, где терминов десятки тысяч), а геология, география, геоморфология загружены десятками тысяч терминов -- одних только геоморфологических терминологических справочников издано томов. В физике и математике работа по совершенствованию понятийно аппарата всегда была на острие внимания, никогда не понималась как "покушение" на авторитеты. А вот в геологии и географии еще предстоит создать подходящую научную атмосферу для этих работ; пока же критику терминов часто воспринимают негативно. Физики делают анализ возможных постановок задач, вопросов приложимости задач для реальной природы, единствености их решения, а геологи и географы такими проблемами редко бывают озабочены.

Физик строит гипотезу на базе знаковой модели посредством математической постановки задачи, а геолог и географ -- с помощью образной модели на основании правдоподобных рассуждений.

Физик идеализирует объект и абстрагируется от множества связей его с окружающими объектами, выделяя лишь наиболее значимые для предмета исследования связи, отбрасывая случайные. Геологи обычно стремятся усложнить объект, учесть всевозможные его связи, не умеют отделить случайного от необходимого, абстрагироваться от случайного. Все это не способствует развитию геологической теории.

Главный практический результат научных исследований физиков, по моему мнению, -- это создание искусственных объектов, функционирующих согласно установленным физическим законам. Но точно предсказать поведение физического объекта в реальной Природе (оползня, ветра, волны) физики также не могут, как и географы-геологи. Однако последние ставят себе именно такую невыполнимую задачу. А следовало бы, не забывая про оценку природных ситуаций, главный акцент исследований перенести на создание искусственных географических сред (участков), организованных по установленным географическим законам и управляемым. Ясно, что сначала географические "машины" будут несовершенны, но если ученые буду работать в данном направлении, то будут и результаты. Я считаю, что действуя именно в этом направлении, можно более успешно решать наш экологические проблемы -- это наш главный способ выжить. А пока же зачастую не мы, географы, изобретаем эти "машины" (наши города, поля села), а другие люди, обычно преследующие интересы своих отраслей и ведомств. Яркое следствие этих действий -- г. Новокузнецк.

Ю,А. Воронин и З.А. Еганов подчеркивают, что при проверке получен[И8]ного решения физик опирается на основные принципы и законы, а затем на эксперимент. Геолог опирается на нестрогие причинно-генетические представления, а затем на данные наблюдений. Для физика определение области применимости, точности и перспектив использования полученного решения -- этап обязательный. Географы обычно обсуждают лишь перспективы использования полученных данных. Оценка теоретических работ по физике идет с позиций что и как сделано, а в геологии -- что и сколько сделано. Физики считают работу теоретической, если опираются на модель, которая удовлетворяет методологическим требованиям, не противоречит основным законам, не содержит формально-логических ошибок, позволяет получать новые проверяемые следствия. Геологи считают работу теоретической, если она содержит причинно-следственные и генетические выводы, дающие приближенные прогнозные оценки. Все эти действующие подходы в геологии и географии -- мощный тормоз для развития их теории (Воронин, Еганов, 19?4).

И еще один важный момент, на котором хотелось бы мне остановиться подробнее. В геологии и географии отсутствует четкое разделение науки на теоретическую и прикладную сферы. Здесь нет специалистов по "горизонталям" науки: теоретиков-методологов, экспериментаторов, техников-практиков как, к примеру, у физиков или химиков. Здесь есть специалисты по отраслям: магматисты, стратиграфы, ландшафтоведы, тектонисты, охватывающие разделы науки по вертикали, являясь в едином лице и теоретиками, и экспериментаторами, и практиками -- сами себе господа, судьи и слуги -- что хочу, то и ворочу. Если проводить параллель данной ситуации с ситуациями политическими или этологическими (да простят мою вольность коллеги), то в ней явно просматривается отсутствие системы разделения властей, что приводит в конечном итоге к созданию в структуре науки системы тоталитарного типа, во главе которой становится исследователь-лидер, формирующий под себя группу (школу) сотрудников. Создается, таким образом, типично имперская структура в науке со своей субъективной политикой, бесконтрольная, неограниченная во власти, агрессивная, отрицающая всех, жаждущая научных "войн", стремящаяся к полному господству в науке и замораживающая процесс познания в главном. Особенно плохо, когда этот лидер выдвигается наверх административным путем (лысенковщина). Каждая территориально-административная структура (университет, НИИ) формирует свой научный клан, свою маленькую империю, которая, чтобы выжить в окружении себе подобных, должна быть агрессивной, бороться за расширение (финансирование) сферы своего влияния. В такой структуре и в таких условиях наукой, в высоком смысле этого слова, можно и не заниматься; здесь очень удобно паразитировать, прилагая усилия лишь для борьбы за сферу влияния. Поэтому многие идеи и усовершенствования воспринимаются здесь в лучшем случае как нежелательные дополнительные хлопоты.[И9]

Аналоги подобных ситуаций, их конечные итоги и пути выхода из них все это может предоставить нам история человеческого общества: беспредел и войны тоталитарных государств, революции и новые деспотии, реформации и установление демократических порядков. Этология (поведение) "разумных" и биологических систем оказывается принципиально одинаковой (Дольник, 1993). Понимая ее, мы можем лучше понимать себя свои поступки, контролировать ситуации и управлять ими.

Что же имеет место в системе физико-математических наук с этих позиций? Их разделение прежде всего по контролирующим друг друга горизонталям (теория, эксперимент, практика) чрезвычайно похоже на систему разделения властей в демократическом государстве (власть законодательная -- теория, власть судебная -- эксперимент, власть исполнительная -- практика). В этой ситуации создаются наиболее благоприятные условия для развития науки и ее расцвета: осуществляется взаимный контроль, нет возможности для узурпации научных направлений, паразитизма или для научных спекуляций, идет разделение труда, успех каждого выгоден всем, конструктивная критика становится для субъекта полезной и необходимой, реализация идей происходит быстро, теории, модели и технологии постоянно совершенствуются. Отсюда идут успехи этих наук, и вот к чему нам надо стремиться.

Справедливости ради надо отметить, что на передовых рубежах, в областях неизведанного объектов "добрых" точных наук иногда творится сходный с тоталитаризмом "порядок": ругаются, спекулируют, и даже хуже. Это жизнь. Но эта негативная сторона дела строго ограничивается и регулируется мощными основами этих наук, не дающим разгуляться мракобесию (у физиков "лысенковщина" не прошла). Есть преступность в демократическом обществе, но там есть и законность, и перед нею все равны.

Несомненно, что для развития науки полезны и тоталитарные движители, созданные влиянием одаренной личности или приоритетного направления, но их надо регулировать. Демократия всегда была сочетанием прав и обязанностей, осознанной свободы и дисциплины, следующих законности, и конечно же функционирует не без досадных отклонений. Ее очень важно искусственно совершенствовать и поддерживать, иначе она быстро скатится к тоталитаризму, ибо таково этологическое стремление популяций, которые не имеют разумного сознательного регулирования (о поведении популяций можно дополнительно прочитать в замечательных статьях В.Р. Дольника (Природа, 1993, N 1,2,3)),

О ситуации в современной геологии и географии мы ре говорили. Но в чем нуждаются эти науки в первую очередь? В формализации, математизации, структурно-функциональной перестройке. Дело это чрезвычайно трудное, требующее не только колоссального труда и интеллектуальных озарений, но и изменения психологической "атмосферы" научного творчества.

А пока же, как сказал Ю.А. Косыгин: "Ситуация в геологии… такова,[И10] что если ты разработал теорию и методологию» то сам воплощай ее в методы, алгоритмы и применение на практике, если не хочешь быть переоткрытым лет через 200. Только такие сквозные разработки способны поломать барьеры недоверия". На мой взгляд, в высказывании уважаемого академика содержится мудрый намек на то, что для перехода науки в качественно новое состояние необходим "сильный движитель" с ясным умом и четкими целями, способный перестроить структуру "тоталитарных" наук, организовать в них демократические отношения и сделать их стабильными.

Итак, для нас примерно ясен сценарий выхода из кризиса. Удивительно, но почему же мы из него не выходим? И почему эти, казалось бы, элементарные вещи не всеми исследователями осознаются, не всеми принимаются за руководство к действию? Очевидно, имеются трудности этологического и психологического характера, Человеку, воспитанному сложившейся системой, очень трудно отказаться от своих привычек и стереотипов, трудно начать сначала...

Из всего вышеизложенного создается довольно мрачное представление о состоянии дел в геолого-географических науках. Это и так, и совсем не так. В них накоплен громадный идейный и фактический материал, который требует дополнительного осмысления. Многие ученые убеждены в необходимости перемен в географии и геологии (Д. Харвей, Ю.А. Воронин, Ю.А. Косыгин, Ю.С. Салин, Г.Ф. Ифимцев, А.Н. Ласточкин, К. Грегори и другие), методологически верно (и во многом аналогично) представляют себе структуру и функцию нового и должного состояния знаний в науках о Земле. Есть в геологии и географии гениальные идеи и гипотезы, великолепные книги, опередившие свое время на десятки лет (В. Пенка, Н. Стенона, А. Вернера, Е.В. Шанцера, В.В. Докучаева, П. Кинга, Ю.С. Салина, Г.У. Линдберга, Н. Кери, М. Миланковича, А. Вегенера, С.А. Зимова, Д. Харвея и других ученых). Нужно, очень нужно сейчас упорядочить эти ценнейшие знания, придать им строгий формальный характер, преломить специфику предметов наук о Земле через призму общенаучной методологии.

1.3. Некоторые размышления о современном состоянии географии, ее научных задачах и путях их решения

Цель этого анализа -- поставить перед читателем ряд наводящих вопросов, предложить ему новые направления научного поиска в экологии-географии, намекнуть на пути решения некоторых проблем, с самого начала дать установку на формально строгое, а не на "художественно-образное" восприятие действительности. Ничуть не умаляя значения последнего, мне хотелось бы подчеркнуть необходимость формально-абстрактного восприятия и отражения окружающего Мира. Именно оно позволяет делать качественные рывки в познании реальности и управлении ею. Мои заметки не претендуют на цельность и полноту освещения проблем географии-эколо[И11]гии, изложены, скорее, популярно, чем формально строго, но надеюсь, будут доступны широкой аудитории и окажутся полезны географам-экологам. Это своего рода приглашение к совместному обсуждению проблемы.

Желаем того или нет, но пока существуем, мы вынуждены познавать окружающее нас пространство. Наверное, нет необходимости убеждать кого-то, что окружающее пространство -- это разные возможности нашего существования, как благоприятные, так и сложные или невозможные. Чтобы более успешно сосуществовать во внешнем окружении и человеку-индивиду, и обществу (в котором может быть реализовано бессмертие жизни и разума) нужны опыт и знания. Осознанное накопление этих знаний в конечном итоге трансформируется в науки о тех или иных объектах окружающей среды.

Среда обитания и деятельности людей изучается системой географических наук, которые обобщаются географией, буквально означающей "землеописание". Возникнув как общая наука об окружающей среде, география впоследствии разделилась на ряд специализированных наук, изучающих обособленные части окружающей среды (водную, воздушную, грунтовую, биологическую, антропогенную -- так называемые компоненты среды). Это разделение обусловили: сложность окружающего пространства, обилие накопленных знаний, необходимость получения более точных и полных представлений об объектах.

Узкоспециализированные географические науки (геология, геоморфология, гидрология, климатология и др.) значительно преуспели за последние 2-3 столетия в изучении своих объектов. Но они не способны создать целостную картину развития Природы; картину, одновременно удовлетворяющую самым различным потребностям человеческого общества. Эти науки создают целостные картины взаимосвязей своих объектов и восполняют лишь часть наших потребностей (геология -- полезные ископаемые, гидрология -- водные ресурсы и т.д.). Очевидно, нужна наука, способная обобщить комплекс данных о самых различных объектах окружающей среды. Этой наукой на новом качественном уровне призвана стать география. Но в последнее время функции географии перехватывает геоэкология, статус которой также еще не определен, и она все более становится похожей на географию, создавая дополнительную путаницу в системе наук о Земле.

В настоящее время большинство географов считает, что география изучает сложные территориальные системы, составляющие структуру земной поверхности или размещенные на земной поверхности. В советской географической научной школе было принято деление географии на две обособленные части - физическую географию и экономическую (Неклюкова, 1976; Мекулин, 1989; и др.), Объектом первой считается географическая оболочка, которая представляет собой совокупность всех взаимодействующих земных сфер и их элементов - литосферы, атмосферы, гидросферы, биосферы (Сватков, 1991; и др.). Но что же это такое, состоящее в каждой[И12] точке одновременно из "черного", "белого", "красного", -- невозможно понять и представить. Я считаю, что такая модель среды неудачна и малоэффективна для решения географических задач.

Экономическая география у нас изучает сферу хозяйственной деятельности человека. Она довольно резко обособлена от физической географии, имеет регистрирующий и констатирующий характер и мало, на мой взгляд, занимается причинно-следственными вопросами общественного развития (смотрите учебники). Последнее вполне понятно -- власть имущим нужно было завуалировать волюнтаризм нашего экономического развития.

За рубежом более признана хорологическая (пространственная) концепция географии, чаще говорится о ней как о единой науке, четче выражен антропоцентризм (человек и его деятельность -- центральная фигура в географии (Харвей, 1972; Грегори, 1987; Джонстон, 1989; и др.). Мне кажется, что все эти представления не лишены здравого смысла. Однако многие здесь считают, что география -- несамостоятельная наука, а банк данных о Природе.

Определить объект (предмет) исследования науки -- задача чрезвычайно важная. Это вопрос жизни или смерти науки, и он решается в способности ученых, занимающихся ею, доказать всем, что они заняты делом очень нужным и таким, каким не занимаются в других науках. Конечно, совершенно точно предмет науки сразу не определяется (Преображенский, 1972), но важно верно обозначить его хотя бы в общем виде. Эта проблема в принципе решена для математики, физики, геологии, геоморфологии и других наук. Но для географии, на мой взгляд, она остается еще актуальной. Мы пока еще не убедили самих себя и представителей других наук, что наш предмет существует и специфика его заключается в этом, а не в другом (иначе бы мы не писали столько много о предмете и объекте географии).

В принципе любая деятельность на что-то направлена, что-то решает и создает, т.е. имеет свой предмет и объект. Беспредметной деятельности не бывает, и спор о том, есть ли у географии предмет деятельности или нет -- бессмысленен. Иное дело -- какой предмет?... Бывает два вида деятельности и, соответственно, два типа ее предметов: 1. когда деятельность четко регламентирована, направлена на конкретные объекты и приводит к заранее известным результатам, и 2. -- деятельность ориентирована на цель, пути достижения которой не совсем ясны, решение еще не известно и требует творческого подхода. Именно второй тип является уделом научной деятельности, которая включает в себя и первый. Первый тип -- удел практики, регистрации, наблюдения, измерения; это сумма четко известного. Она является частью предмета науки, но сама по себе предметом науки быть не может.

Предметом и объектом физической географии обычно считается географическая оболочка (ландшафтная сфера) -- совокупность проявления и на[И13]ложения в пространстве разных компонентов среды в их взаимосвязи и движении. Но в таком понимании своего предмета у географии, на мой взгляд, появляется опасность стать сугубо регистрационным банком данных (страноведением “хорологией"), фиксирующим лишь смену ландшафтов в пространстве. Ее научный предмет исчезает. Почему?.. Потому что определяется как взаимопроникающая совокупность изменяющихся и совершенно разных по свойствам компонентов географической среды. Но, с одной стороны, каждый компонент уже является предметом других наук, которые также исследуют его и как таковой, и в связи с остальными компонентами окружающей среды, применяя для этого общий системный анализ. Дублирование этих исследований физической географией, по меньшей мере, нецелесообразно. Системный анализ также не является предметом географии, как считают некоторые исследователи, а есть лишь метод познания. С другой стороны, объединение в единое целое принципиально разных вещей и одновременное их обособление при анализе -- гносеологический нонсенс. На простом примере эта ситуация выглядит так; реальная литосфера -- смесь частиц твердого вещества Земли, воды, газов, органики и др., но чтобы узнать, как все эти компоненты взаимодействуют между собой, нужно их обособить друг от друга; мы же предлагаем рассматривать их как единое целое, т.е. неделимое -- значит не можем анализировать их взаимосвязи. С третьей стороны, точное познание взаимодействия многочисленных одновременно изменяющихся объектов невозможно. К примеру, задача взаимодействия всего лишь трех движущихся тел в физике не имеет точного математического решения. Так что возлагать на географию функции всеобъемлющего и одновременного охвата всего, что есть и взаимодействует между собой -- это поставить перед ней невыполнимые задачи и лишить ее научного предмета.

В этом случае географии остается удел быть лишь банком данных, сгруппированных территориально. Мало этого нам, географам, и обидно конечно. Но гораздо хуже быть на неверном пути и строить иллюзии. Функции банка данных или справочного бюро не столь уж плохи, и нуждаются в этих данных все. Данные по земному шару в целом должно обобщать землеведение, а по регионам и странам -- страноведение. Таковы задачи этих отраслей знания. И ничего плохого здесь нет. Нет здесь и никакого Финансового ущемления. Наоборот, все понимают, что необходимо выделять средства на сбор этой информации, и географам всегда найдется дело, ведь информация все время пополняется и изменяется, К примеру, топографы ничуть не пострадали от того, что работают в отрасли регистрационно-измерительной, все в ней нуждаются, и она процветает.

Но не всех исследователей удовлетворяет статус географии как отрасли только справочно-регистрационной. Меня тоже. Но чтобы рассматривать географию как творческую научную отрасль, необходимо определить ее научный предмет. Поиск предмета географии должен идти в другом направле[И14]нии, не там, где ищут обычно. Нужно выделить какой-то самый главный компонент и соотносить все остальное к нему, т.е. решать задачу поочередного взаимодействия двух тел, которая решаема.

К настоящему времени накоплен огромный эмпирический материал -- знания об окружающем нас пространстве, о пространстве как таковом и нашем отношении к пространству. Это и факты, и закономерности, и наши эксперименты в среде, и "эксперименты" среды над нами, Весь этот опыт может нам помочь в становлении науки географии. Строить нашу науку, как и все другие, надо дедуктивным путем. Необходимо ввести несколько изначальных допущений-утверждений (аксиом) и принять их как истинные, если они не противоречат формальной логике. Надо попробовать хотя бы примерно сформулировать направления поиска аксиом.

Обобщение имеющихся данных и идей, анализ структуры и предметов других научных дисциплин привели меня к убеждению, что географию целесообразно и необходимо рассматривать как отрасль знания об отношениях человеческого общества и окружающей среды. Эта мысль не нова, но ее можно развить в новом аспекте.

Предмет и объект географии -- человеческое Общество, его размещение, структура, поведение, история, динамика в Пространстве, Именно в таком понимании география приобретает свой научный предмет и увязывает знания об окружающей нас Природе (литосфере, рельефе, гидросфере, биосфере и т.д.) применительно к хозяйственно-экономической деятельности Общества, немыслимой вне Природы, Общество и Природу как таковые. В таком понимании деление географии на физическую и экономическую нецелесообразно. География едина, в центре ее предмета стоит Человек, его деятельность. В этом случае география не дублирует исследования других наук, а имеет свой предмет и объект.

Можно усомниться в вышесказанном, как в чем-то новом и полезном и заметить, что и экономика, и история, медицина, политика, этология тоже исследуют человеческое общество и человека и также давно "украли" предмет у географии. Нельзя согласиться с этим. Эти отрасли знания частью являются регистрационными (история) или исследуют человека и общество как таковые, их собственную структуру и функцию, абстрагируясь от внешнего пространства (экономика, медицина), или воспринимая его только в ракурсе собственных целей и задач. Это науки об общих принципах строения и поведения общества, а не о конкретном взаимодействии, не о единстве общественного и природного пространства. Последние как раз и должна, и может изучать география. И это давно уже актуально для человечества, которому жизненно необходимы теории разумного поведения самого себя в пространстве-времени и их реализация на практике.

В такой постановке предмета-объекта географии и в обосновании его нет ничего необычного, подобные ситуации имели место в других науках, они никого не шокируют и даже, похоже, забыты. Например в науках о ма[И15]ериальных телах -- физике, химии, геологии. Физика и химия изучают вещества как таковые, их структуру, свойства, законы поведения, но при этом абстрагируются от пространственных и временных отношений между объектами, а вот геология, опираясь на физику и химию, изучает отношения тел в пространстве-времени (структуру пространства). И никто друг другу не мешает, наоборот, это деление предмета оказалось очень продуктивно. Таков должен быть компромисс и в науках о человеке -- собственные частные науки и общая наука о пространственной структуре объекта, "об обществе в окружающей среде".

Содержание объекта бесконечно, но важно, какой аспект его и для чего изучать. География в принципе фиксирует все, что окружает и значимо для человека, и что сделал сам человек. И ведь землеведение действительно "неосознанно" отражает это, начинаясь с обзора устройства Вселенной и Солнечной системы и заканчиваясь вопросами поведения человеческого общества в окружающей среде.

В связи с таковым определением предмета географии (человек в пространстве) необходима разработка понятийного аппарата основ этой науки. Над этим еще предстоит очень напряженно работать, но уже сейчас понятно, что нужно определить: что такое человеческое общество, что есть элемент человеческого общества, географическое пространство и время, динамика и способы развития. Каков универсальный количественный показатель географического пространства и его динамики, каковы основные генетические группы созидания--разрушения "ноосферы", каковы их аксиоматические свойства и законы развития, каковы их взаимоотношения во времени и в динамике и многое другое...

Попытаюсь определить ряд понятий географии. Географическое пространство -- часть пространства, в которой осуществляется жизнь и деятельность человеческого общества. Ландшафт -- часть поверхности, находящаяся только в одном физическом состоянии (озеро, лес, скала, постройка) и обладающая в своих пределах одинаковой энергетической нагрузкой. Генетический тип ландшафта -- группа ландшафтов, представляющая совокупность энергетических разновидностей однотипного физического состояния земной поверхности. Ландшафтная сфера -- совокупность физических состояний земной поверхности (ландшафтов) на контакте ее с атмосферой -- средой биологического существования человека. Ландшафты -- это своего рода "кирпичики в здании" ландшафтной сферы. В географическом пространстве можно выделять и физически однородные объемы -- литосферные, водные, воздушные, биогенные массы, антропогенные объекты и их разновидности по физическим свойствам и энергетике. В зависимости от масштаба исследования и картирования будут меняться размеры их площади и объема, выделяемые как однородные целостности.

Уточняя предмет-объект географии, отмечу, что географию правильнее понимать как науку о структуре и функции современной ландшафтной сфе[И16]ры, главными типами ландшафтов которой являются и антропогенные» и природные. Цель географии -- изучение законов развития ландшафтной сферы и, прежде всего, взаимодействия антропогенных и природных объектов. Изучая отдельно природные ландшафты (физическая география) и антропогенные (экономическая география) мы "разрываем" единую континуальную ландшафтную сферу и нарушаем принципы познания системно организованных пространственных объектов, что недопустимо. Правда, многие физико-географы решили эту проблему весьма своеобразно. Они игнорируют антропогенные ландшафты как сущее и проводят границы природных зон, провинций, ландшафтов через антропогенные ландшафты, не выделяя последние (смотрите карты и атласы). С позиции климатологии или геологии это оправдано, но географам так поступать не следовало бы -- географическое пространство едино.

Мне представляется, что наиболее целесообразно и эффективно изучение географического пространства картографическим методом, так же как, к примеру, рельефа, геологического строения и др., изучаемых частными науками. С этой методической позиции (с позиции простоты и точности картирования) нам надо оценивать и создавать картографические показатели географического пространства, ибо все оно в своем объеме должно Фокусироваться на плоскость карты, а в реальной природе -- на земную поверхность как таковую, основой которой является рельеф.

Естественно, что внешнее пространство обычно рассматривается под прицелом объекта исследования. Если это рельеф, то все рассматривается сначала только с позиции полезности и необходимости для геоморфологии (с карты снимается растительность, воды и др., остается лишь рельеф; так же действуют и геологи). Но человеку необходимо знание более комплексное, ему необходимы сведения и о рельефе, и о геологии, и о почвах, и о водных объектах, и т.д. Эту информацию при оценке среды своего обитания нам нельзя терять.

Необходимо отметить, что все отмеченные компоненты нашей среды обитания континуальны (непрерывны), образуют сферы (литосфера, гидросфера, биосфера и т.д.) в разной степени насыщенные собой и проникающие друг в друга. Поэтому невозможно отобразить все компоненты на карте одновременно и повсеместно -- реально они все пронизывают друг друга. Как же быть?...

Выход очень прост, надо выделять и картировать в данном месте тот компонент, который здесь всех "заглушает", представлен на поверхности в наиболее плотном своем состоянии, определяет физическую консистенцию среды (поверхности): водоем, ледник, участок растительности, болото, оголенные скалы, песчаный массив и т.д. Границы таких единиц пространства очень четкие, дискретные, строго картируются (их уже картируют на элементарном уровне в топографии). Более детально их нужно картировать согласно собственным внутренним закономерностям и таксономии, вы[И17]водимым при изучении этих объектов уже как самостоятельных континуальных сфер частными географическими науками (геологией, биологией др.). Это первая группа объектов географической среды.

Вторую группу образуют собственно антропогенно-техногенные объекты, наложенные на бывшую естественную среду. Они возникают обычно в самых благоприятных для человека участках, на стыке естественных ландшафтов, и начинают затем последовательно расширяться в пространстве, то ускоряя свою эволюцию, то замедляя ее, и образуя последовательность антропогенных культур в пространстве. При непрерывном развитии антропогенная структура стремится расширяться до бесконечности и поглощать бесконечное количество энергии. При прекращении развития на антропогенный объект сразу "нападают" окружающие сферы и начинают разрушать его.

Изучение антропогенных объектов должно идти по культурно-техническим последовательностям (по возрасту), которые легко выделяются в их структуре. В окружающей среде антропогенные объекты опознаются достаточно четко -- это материальные тела (в принципе, их поверхность -- это формы рельефа), непосредственно созданные человеком (дома, терриконы, дороги, котлованы, дамбы) и состоящие из смеси природных и искусственных материалов. Например, водохранилище -- это не антропогенный объект, это естественное новообразование -- реакция среды на появлении антропогенной плотины. Но плавательный бассейн, построенный людьми и ими в наполненный водой -- это антропогенный объект, замкнутый по отношении внешнему пространству.

Если естественные объекты окружающей среды физически и генетически разнообразны, то антропогенные, как правило, физически и генетически однородны и представляют собой искусственные сооружения в твердом физическом состоянии, монолитные или вмещающие что-либо.

В определении сущности человеческого общества, его элементов, эволюции и движущих сил при взаимоотношении с окружающей средой могут помочь представления классиков политической экономии, этологии, данные истории и археологии. Такие понятия как "этнос", "этногенез", "пассионарность", "цикл этногенеза", развиваемые Л.Н. Гумилевым (1993 и др.) также окажутся весьма полезными. Например, пассионарность может проявляться в пространственной структуре объектов. Элементом человеческой общества, возможно, является семья и ее дом; более сложной структурной совокупностью может быть этнос, образующий отдельные антропогенные структуры (деревню, город с коммуникациями, государство). Определиться с этим очень непросто, но очень важно для географии. Понимание сущности антропогенеза технического и этнического, а также природных процессов позволит научно строго анализировать географическое пространство, понимать перспективы развития того или иного антропогенного объекта, правильно создавать его и управлять им. В этом неоценимую помощь окажет нам правильно составленная географическая карта.[И18]

Прообразом географических карт являются обыкновенные крупномасштабные топографические карты. Они отражают самую разнообразную информацию об окружающей среде, но носят чисто регистрационный характер и не позволяют увидеть внутреннюю структуру выделяемых единиц географического пространства и их развитие (озеро, лес, болото, город показаны как таковые). Эту ситуацию давно можно было начать менять к лучшему. Данные для этого накоплены в специализированных географических науках.

Наверное, первым опытом составления комплексных географических карт, где одновременно взаимодействовали информации о Природе и о людских скоплениях, являются карты военных ситуаций и боевых действий (воистину все передовое -- в армии, есть даже специальность "военный географ"). На этих картах представлена самая различная информация и о природных условиях, и о самих войсках; она несомненно помогала оценивать обстановку и принимать решения об управлении войсками, их стратегии и тактике. Полезно было бы более подробно ознакомить географов с этими картами, провести анализ их легенд. Но это тема уже выходит за рамки наших задач и возможностей.

Подводя итог вышесказанному подчеркну, что мне ближе понимание географии как единой науки, изучающей взаимодействие человеческого общества и окружающей его среды. В традиционном понимании география -- это отрасль знания, состоящая из двух разделов: физической географии, изучающей "географическую оболочку, и экономической географии, изучающей производственно-территориальные комплексы. Какая точка зрения окажется более приемлемой - покажет время, и пока же нам нужно изучать программный курс землеведения, точнее, его раздел "Литосфера и рельеф." С моей точки зрения, это объекты совершенно самостоятельных наук -- геологии и геоморфологии, и именно из этих наук нам нужно брать сведения в банк географических данных для оценки и картирования ландшафтов, представленных литосферой. С традиционной точки зрения, литосфера и рельеф -- это обязательные компоненты географической оболочки, изучаемые географией в совокупной связи со всеми другими компонентами. Но излагаются в учебных пособиях сведения о литосфере и рельефе в основном не с декларируемых географических позиций, а с позиций геологии и геоморфологии. Такое изложение материала, несколько в отрыве от собственно предмета географии (географического пространства), удовлетворяет пока всех. 6 этом разделе землеведения мы будем изучать литосферу и ее рельеф как разновидность ландшафтов (литосферный генетический тип), а также их собственное независимое устройство на нашей планете), что необходимо и для понимания их собственной сущности, и для оценки влияния их на другие типы природных и антропогенных объектов.

 

Литература

Воронин Ю.А., Еганов З.А. Методологические вопросы применения мате[И19]матических методов в геологии. - Новосибирск: Наука,1974. 86 с.

Грегори К. География и географы: Физическая география. М.: Прогресс, 1988. 384 с.

Гумилев Л.Н, Этногенез и биосфера Земли, Изд-во "Мишель и К", 199 328 с.

Гумилев Л.Н. Этносфера: История людей и история природы. - М.: Экопрос, 1993. 344 с.

Джонстон Р. Дж. География и географы: Очерк развития англо-американской социальной географии после 1945 г. -М.: Прогресс, 1987. 368 с.

Дольник В.Р. Этологические экскурсии по запретным садам гуманитариев. - Природа, 1993, №3. с. 63-72.

Жекулин B.C. Введение в географию. Л.: Изд-во ЛГУ,1989. 272 с.

Забродин В.Ю., Оноприенко В,И,, Соловьев В.А. Основы геологической картографии. - Новосибирск: Наука, 1986. 200 с.

Комаров B.C. Методологические проблемы взаимосвязи литологии и геотектоники. В кн.: Методология литологических исследований. Новосибирск: Наука, 1985. с. 18-24.

Неклюкова Н.П. Общее землеведение. М.: Просвещение, 1975. 224 с

Преображенский В.С. Беседы о современной физической географии. М.: Наука, 1972. 92 с.

Павлов А.Н. Квантовые принципы развития Земли - новая парадигма геологии, В кн.: Принцип развития и историзма в геологии и палеобиологии. Новосибирск: Наука, 1990.

Салин Ю.С. Стратиграфическая корреляция. М.: Недра, 1983. 157 с.

Сватков Н.М. Географическая оболочка как природное тело: Методологическое исследование. М.: 1991. 256 с.

Сойер У.У. Прелюдия к математике. Изд-ние второе. М.: Просвещение 1972. 190 с.

Харвей Д. Научное объяснение в географии. М.: Прогресс, 1974. 502 с.

Фресс П., Пиаже Ж. Экспериментальная психология, вып. 1,2,- М. Прогресс, 1966, 429 с.[И20]

Глава 2. ИСХОДНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЛИТОСФЕРЕ И ЗАКОНАХ ЕЕ РАЗВИТИЯ

2.1. Что такое литосфера?

"Литосферу" или "земную кору" принято обычно определять как твердую каменную верхнюю оболочку земного шара, которая подстилается пластичной полурасплавленной астеносферой и раскаленной твердой мантией. Толщина земной коры составляет 7-70 км. Сведения о ее состоянии являются интерпретацией геофизических свойств земного шара (плотности, силы тяжести, скорости прохождения через земные оболочки ударных волн) и геолого-геофизических наблюдений на поверхности. Как устроены земная кора, астеносфера и мантия и из какого вещества состоят -- это еще очень мало известно, ведь мы непосредственно изучаем земную кору или литосферу пока только на поверхности и совсем незначительно -- до глубин 2-4 км. Считаю, что целесообразно понятия "земная кора" и "литосфера" разделить и определить литосферу как совокупность различных твердых тел планеты Земля, выходящих на поверхность Земли и доступных для геологического изучения и использования. Именно на поверхность, ведь и само слово литосфера означает "каменная поверхность" (сфера -- замкнутая поверхность, все точки которой находятся на одинаковом расстоянии от некоторой точки). Непосредственно мы всегда можем изучать только поверхность, объем-внутренность для нас всегда "черный ящик", нечто невидимое, поэтому геологическое изучение подразумевает под собой непосредственный контакт субъекта (геолога) и объекта (литосферы). Этот контакт позволяет получить разнообразные, и прежде всего визуальные (геологические) знания об объекте.

При глубинном геофизическом изучении земных недр мы получаем сведения лишь о некоторых их свойствах, непосредственного контакта с объектом не имеем и не имеем о нем собственно визуальных геологических знаний. Поэтому под земной корой, астеносферой и мантией мы будем понимать не геологические, а геофизические объекты-тела: земная кора -- относительно легкая твердая верхняя оболочка Земли, астеносфера -- пластичная полурасплавленная, подстилающая земную кору оболочка; мантия -- тяжелая, плотная оболочка, подстилающая земную кору и астеносферу.

Наше понимание литосферы более приемлемо еще и потому, что геолог и географ вынуждены изучать все проявления процессов изменения земных недр на поверхности: вулканизм -- следствие деятельности астеносферы; землетрясения -- движения в коре, астеносфере и мантии, астроблемы -- геологические результаты падения астероидов извне и т.д. Литосфера -- продукт контакта и взаимодействия земной коры с самыми различными сферами и телами окружающего пространства.[И21]

Отсюда выводится определение объекта-предмета геологии как науки. Это наука о строении (структуре), вещественном составе, динамике, способах и истории образования твердого вещества Земли, изучающая все это на ее поверхностной, доступной для геологического исследования части. Познание их -- цели и задачи геологии.

2.2. Основные составные части литосферы

Введем основные понятия об элементарных частях литосферы, которые выводятся из опыта геологических исследований и необходимы для решен задач ее изучения. Опыт показал, что литосфера -- сложный объект, состоящий из множества отличающихся друг от друга частей, общим свойств которых является лишь большая плотность и твердость. Этим общим свойством литосфера и обособляется как целостность от жидкой легкой гидросферы и газообразной атмосферы. Составные части литосферы различным образом размещены в ее пространстве и образуют ее структуру или геологическое строение. Вот эти-то части необходимо строго и четко выделятьдля того, чтобы получить знания о структуре литосферы.

Делить объект на части можно как угодно, но при решении научных задач эта операция не может быть произвольной и нестрогой. Любое вещество можно поделить на "куски", молекулы, атомы, элементарные частицы. Но заметим, что физик-механик останавливает свое деление вещей до обособленного твердого тела, химик -- до химических элементов, физик-ядерщик -- элементарных частиц и кварков. Почему же они не идут дальше? Потому что для них целесообразно поделить вещество так, чтобы самая малая частица, отличающаяся от других малых частиц, сохранила в себе индивидуальные свойства и свойства, присущие исследуемому объекту. Например, каждый химический элемент имеет индивидуальные химически свойства, идентичные свойствам слагаемого им вещества, а вот химическое поведение электронов любого элемента или атома в принципе одинаково, и химику уже не целесообразно выделять эти частицы как единиц структуры своего объекта, потому что в химическом пространстве они н являются индивидами.

Подобный методологический подход необходим и для обособления структурно-вещественных единиц геологического пространства. Я полагаю, что элементарной единицей вещества и структуры литосферы является часть ее пространства, обладающая в своих пределах одинаковой текстурой, структурой и вещественно-минеральным составом. Размеры ее определяют заданная детальность исследования и масштаб отображения ее на картах и разрезах. Эту геологически однородно устроенную часть литосферы назовем "горная порода". Горная порода может состоять из одного, нескольким минералов (или даже из обломков горных пород), но главная индивидуальная характеристика гарной породы» как части геологического пространс[И22]тва, это ее текстура и структура. Они должны быть строго однородны. Текстуры -– это виды геометрического расположения минеральных частиц и их агрегатов в пространстве (их ориентировка), структуры -- это размеры частиц и соотношения их размеров в пространстве.

Текстуры и структуры и, соответственно, горные породы очень разнообразны. Именно в структуре и текстуре горной породы находят свое отражение способы образования (генезиса) и развития литосферы. А вот минерал, как элементарная частица вещества литосферы, эту информацию зачастую нести не способен, следовательно он не является элементарной единицей геологического пространства. Минерал -- это структурно-вещественно однородное химическое тело, элементом структуры которого является молекулярная решетка. Он образуется по физико-химическим законам. Минералы составляют горные породы, но между минералами и горными породами имеется принципиальное различие в способах образования: первые -- результат химических, вторые -- геологических процессов.

Геологические процессы в своей основе являются совокупностью физических и химических процессов, которые создают или преобразуют структуру литосферы, иначе говоря, создают горные породы и их соотношения в пространстве. В геологическом процессе одновременно объединяются в единое целое самые различные, часто по сути принципиально разные и противоположные друг другу физико-химические процессы. Например, при образовании слоя глины одновременно действуют процессы растворения, противоположно им - коагуляция и образование глинистых минералов, сорбция тяжелых металлов и, независимо от них, гравитационное осаждение частиц. Поэтому очевидно, что нельзя отождествлять геологические процессы и физико-химические; вторые являются частью первых, первые организуют и направляют действия вторых и по сути являются новой формой движения материи -- геологической формой.

Наблюдения за геологическими процессами показали, что горные породы образуются двумя основными способами: физико-механическим осаждением частиц твердого вещества из сред и химической кристаллизацией вещества из расплавов, газов и растворов. Первую группу пород можно назвать кластогенными (обломочными) породами, вторую - хемогенными. К примеру, обломочными породами являются пески и песчаники, илы и алевролиты, туФы и пеплы, тектонические брекчии и др. Эти породы обычно образуются на поверхности Земли, реже -- в ее недрах и выделяются как однородные индивиды прежде всего в структурно-текстурном отношении. Структуры и текстуры этих пород лежат в основе их классифицирования (индивидуализации, обособления), а их минеральный состав обычно детализирует классификацию (пески кварцевые, аркозовые, граувакковые и т.д.).

Вторую группу пород представляют, к примеру, граниты, кварцевые жилы, каменная соль, уголь. Эти породы состоят из строго определенных[И23] минералов или минеральных ассоциаций, образуются посредством химических процессов в недрах Земли или на ее поверхности и классифицируются прежде всего по минеральному (химическому) составу, детализируясь по разнообразии текстур и структур (граниты крупнозернистые, порфировидные, гнейсовидные и т.д.).

Некоторые породы однородного минерального состава могут быть образованы и первым, и вторым путем. Например, есть известняки обломочные (продукты размыва древних известняков) и есть гидрогенные и биогенные. Бывают лавы обломочные и кристаллические, угли торфяно-сапропелевые и угли -- скопления древесного плавника (обломочные). Распознать способы образования (генезис) таких пород обычно нетрудно. Об этом свидетельствуют их структуры и текстуры.

Все виды горных пород, на мой взгляд, можно и нужно измерять и оценивать по одному универсальному, приемлемому для всех пород» количественному показателю. Для чего он нужен? Он нужен для строгой формализации горных пород и для их количественной оценки, позволяющих применить математические методы исследования геологического пространства. Я считаю, что таким показателем может быть средний размер зерен минералов хемогенных пород и средний размер обломков обломочных пород. Размер зерен и обломков может рассказать нам об очень многом: о структуре геологического пространства, о физической и химической динамике геологических процессов, о способах образования и преобразования горных пород» об их изменениях в пространстве и времени и др. Но самое главное то, что этот показатель оценивается несубъективно. Он измеряем с помощью приборов и "математизирует" геологическое пространство. До настоящего времени горные породы оценивались и картировались лишь качественно (гранит, известняк, песчаник), что не позволяло решать многие геологические задачи математическими методами, а без них, как нам известно» развитие науки и переход ее в разряд точных невозможны,

2.3. Движущие силы и механизм геологических процессов

После того как мы определились с исходными геологическими понятиями, необходимо уяснить основные движущие силы геологических процессов, создать принципиальную модель развития процессов, сформулировать их основные законы, понять структуру геологического пространства. Эти вопросы можно решать, изучая даже небольшие участки литосферы и наблюдая ее современные процессы. О возможности такового свидетельствуют[И24] исследования Абрахама Вернера, уже в XVIII веке создавшего модель организации геологического пространства и времени (стратиграфию), или Джеймса Геттона, предложившего модель магматического образования горных пород. Эти идеи составляют фундамент современной геологии (Салин, 1983, 1985).

Каковы движущие силы и способы геологического развития Земли? Какие вещества образуются при этом, и как они организованы?... Попытаюсь дать возможные ответы на эти вопросы, анализируя новейшие достижения геологии и предлагая собственные наработки.

Литосфера Земли -- постоянно живущее, изменяющееся пространство. Об этом свидетельствует и наука геология, и опыт многих человеческих поколений, да и каждый из нас, пожалуй, имел возможность наблюдать или извержение вулкана, или оползень, или свежие грязевые наносы. Под действием каких сил это происходит? Главная сила -- это сила тяжести, сила всемирного тяготения. Она действует двояко. Собственно тяготение Земли направлено к центру и сжимает вещество оболочек; тяготение со стороны планет и Солнца действует в обратном направлении и из-за вращения Земли имеет горизонтальную (латеральную) составляющую, что приводит к разнонаправленным перемещениям крупных участков (блоков) литосферы» Наиболее наглядный пример действия этой силы - приливы, проявляющиеся и в твердых земных оболочках.

Действие сил тяготения неуравновешенно на Земле. Если центростремительная сила тяжести Земли более или менее постоянна, то тяготение со стороны Космоса испытывает значительные изменения. Это происходит из-за непрерывного изменения расстояний до движущихся возмущающих небесных тел вследствие эллиптичности орбит Земли и других тел. Уменьшается расстояние до другого небесного тела (Солнца) -- увеличивается сила его воздействия на Землю (приливы) -- идет деформация, "расширение" Земли. Увеличивается расстояние -- происходят противоположно направленные процессы. Колебания расстояний приводят к тому, что Земля испытывает то сжатие, то растяжение. Она пульсирует, то вбирая энергию, то выбрасывая ее. Действие этих сил обуславливает подъемы и опускания земной поверхности, магматизм и вулканизм, горизонтальные и вращательные движения блоков земной коры и других оболочек.

Вторая мощная энергия, поддерживающая работу геологической машины Земли -- это солнечная лучевая энергия. Она возбуждает работу легких оболочек планеты -- воды и воздуха, дает им силу преодолеть тяготение, подняться на большую высоту над земной поверхностью и затем, падая, произвести мощную работу, направленную на разрушение выступов литосферы и заполнение продуктами разрушения ее впадин. Солнечная энергия в силу шарообразности Земли приходит также неравномерно и это создает мощную атмосферно-гидросферную циркуляцию, которая является значительным преобразующим литосферу фактором, усиливающим действие сил тяготе[И25]ния

Считается также, что большую часть энергии для развития геологических процессов создает радиоактивный распад химических элементов в земной коре и мантии» Скорее всего, это не совсем верное представление. Во всяком случае, даже на площадях месторождений радиоактивных элементов не наблнщается существенного увеличения теплопотока из недр, и вообще теплопоток из недр в современную эпоху почти в 1000 раз меньше потока тепла от Солнца. Итак, главные движущие силы геологического развития нашей планеты -- это энергия полей всемирного тяготения и лучистая корпускулярно-волновая энергия Солнца,

Важно знать также, а каков механизм геологического развития и какие действуют при этом процессы?... Выше было отмечено, что планета испытывает то сжатие, то растяжение. Чем резче и больше амплитуда этих напряжений, тем больше в недра "загоняется" энергии и больше ее выбрасывается во внешнее пространство в виде расплавов, поднимающихся в приповерхностные части земной коры, В результате в литосфере возникает вздутие, в приповерхностные слои земной коры внедряются мантийные и коровые расплавы магмы (интрузии), часть расплавов прорывается на поверхность, формируя вулканические аппараты. Таким образом идет быстрый выброс энергии, а на поверхности Земли возникают крупные возвышения -- горы высотой до 7-8 км над уровнем моря. Эти горы создают в поле силы тяжести Земли мощный энергетический потенциал и под действием силы тяжести, льда, воды, ветра, заряженных солнечной энергией, разрушаются. Вещество сносится с возвышений и отлагается во впадинах и понижениях. Процессы поднятия, разрушения, сноса и накопления вещества начинают воздействовать друг на друга. Отложение вещества во впадинах увеличивает давление на эти участки земной коры и из них вновь начинает отжиматься вещество в сторону поднятий, поднятия усиливаются, горы становятся опять выше, снос с них продолжается, вещество поступает во впадины, увеличивает на них нагрузку и их опускание. Возникает самоподдерживающийся геологический круговорот, который может быть временно прекращен в данном месте лишь при смене режима действия внешних гравитационных сил, т.е. когда амплитуда их колебаний начнет направленно уменьшаться.

Как показывает расшифровка геологической истории, так было неоднократно -- эпохи так называемой тектонической активности сменялись эпохами относительного тектонического покоя. Выяснилось» что это происходит с периодичностью около 180 млн. лет, что соответствует галактическому году -- периоду обращения солнечной системы вокруг галактического центра масс -- периоду наибольших изменений сил гравитационных полей.[И26]

2.4. Структурная организация литосферы

Два типа геотектонических обстановок (опускания и поднятия) обуславливают два типа условий пространственного расположения и образования горных пород, создают два типа организации структуры литосферы. Во впадины (зоны опускания) вещество сносится со стороны гор движениями атмосферы и гидросферы. Оно может осаждаться только на ранее созданную поверхность, на ранее отложенное геологическое тело (сверху вниз), из внешней среды на литосферу, образуя в ходе осадконакопления первично субгоризонтальные, протяженные, в основном обломочные и рыхлые геологические тела -- слои -- протяженные во все направления близкие по структуре совокупности горных пород (толщина слоя должна быть на три порядка меньше минимальной протяженности, структура смежных пород - быть в пределах одного типа пород).

В зоны поднятия литосферы вещество поступает снизу вверх, против действия силы тяжести» в расплавленном виде, используя трещины и пустоты в земной коре; затем оно охлаждается и затвердевает в них, образуя субвертикальные и пологие кристаллические геологические тела, рассекающие ранее образованные слои горных пород и пересекающие друг друга. Образование этих тел происходит в основном из расплавов и растворов химическим путем. Оно контролируется законами химии и физической химии, создавая породы из строго определенных минералов или минеральных совокупностей (исходя из химического состава расплавов). Становление этой группы пород, называемых интрузивными, идет внутри земных недр, в их различно ориентированных зонах ослабления давления. Эти породы образуют между собой различные отношения в пространстве: пересечения, соседства по вертикали, налегания и подстилания сверху, снизу и сбоку. Такие хаотичные пространственные отношения пород называют нестратифицированными, неупорядоченными в пространстве и времени.

Наоборот, породы, образованные во впадинах отложением из внешней среды, строго упорядочены в пространстве и времени, т.к. при осаждении вещества на литосферу механическим или химическим способом каждая вышерасположенная по вертикали частица могла опуститься на нижележащую частицу только позже последней. Иначе говоря, в таких условиях вышезалегающие породы и их слои всегда образовывались позже нижезалегающих. Это одна из самых важных аксиом в структурной геологии и стратиграфии, называемая принципом Стенона.

Из этой аксиомы вытекает понятие "геологический возраст" породы и слоя. Оно необходимо для восстановления истории образования и развития литосферы. Возраст -- это очередность образования части объекта в последовательности образования его частей, это понятие относительное. Временные отношения между породами и слоями могут быть либо "раньше-позже", либо условно "одновременно". Породы, накопленные осаждением[И27] из внешней среды и организованные в пространстве согласно принципу "выше-моложе", называются стратифицированными. Стратифицироваться могут и магматические расплавы-лавы, если двигаются во внешнем пространстве и слоями накладываются друг на друга»

Итак, горные породы организованы в пространстве-времени двумя способами: строго упорядочение и неупорядоченно и образуют два типа структурных единиц литосферы. Стратифицированные породы несут информацию о последовательности и способах своего образования во времени и, изучая их, мы восстанавливаем историю развития литосферы, создаем шкалу геологического времени. Исследование нестратифицированных пород не только дополняет эту историю, но и позволяет получить достоверную информацию о физико-химических условиях и процессах образования пород, выявить химико-минералогическую эволюцию вещества литосферы и рудообразование в ней.

2.5. Процессы и основные законы эволюции литосферы

Мы уяснили, что такое литосфера и ее элементы, каковы движущие силы, механизм и обстановки ее образования и развития, какова структура ее пространства. Я считаю, что на основе этих представлений мы можем понять лишь общие принципы образования литосферы, ее структуру, ретроспективные (прошедшие) события и процессы на моменты созидания горных пород. Иначе говоря, оценить объект статически. Этого явно недостаточно для понимания сущности литосферы. Нужно еще понять законы кинематики и динамики эволюции ее элементов после их возникновения, иначе мы никогда не сможем понимать и оценивать поведение литосферы в будущем, прогнозировать геологические процессы и управлять ими.

Представим себе участок литосферы, состоящий из уже образовавшихся стратифицированных обломочных, хемогенных и вулканогенных слоев горных пород, разных по составу, текстуре и структуре как по вертикали, так и по горизонтали. Мы изучили геологическое строение и знаем историю образования этого участка литосферы. Но что с ним происходило и будет происходить после наслоения пород друг на друга? Будут ли они меняться? Обязательно будут, ведь после образования участка литосферы, они не остаются изолированными от действия главных сил, образующих литосферу. На них постоянно и неравномерно действуют сила тяжести, энергия Солнца, тепло земных недр. Что происходит с породами, находящимися под постоянным воздействием сил?... Это можно увидеть на любом участке литосферы. Эмпирические данные показывают, что верхние слои недавно образовавшихся пород рыхлые, насыщены водой, пористые, в наибольшей степени содержащие "пустоту". Нижние более древние породы -- плотные, еще ниже -- скальные. С глубиной в земных недрах усиливаются деформации, изгибы, разрывы слоев, слои пересекаются жильными и интрузивными[И28]телами. Из этих сведений очевидно, что процессом последующей (после образования) эволюции литосферы является уплотнение пород (литификация). Иначе говоря, пространство литосферы в поле действия силы тяжести стремится уплотниться до полного исчезновения первичной структуры (первичных "пустот") образованного на поверхности вещества, вплоть до перехода его в качественно новое структурное состояние, приспособленное к условиям колоссального давления и высоких температур глубинных частей недр. В этом случае происходит метаморфизм и переплавление пород. Плавление пород совершенно уничтожает их первичную пространственно-временную структуру, сопровождается расширением объема вещества, а при его остывании создается новая химическая кристаллическая структура, очень жесткая и приспособленная к глубинным условиям.

Почему уплотняются стратифицированные горные породы? Потому что образованы они на поверхности, в условиях малых атмосферно-гидросферных давлений и низких температур. Породы эти изначально обычно рыхлые, пористые, не имеют непрерывной (слитной) вещественной структуры. Пустоты в них бывают двух видов.

1. Пустоты между обломками минералов и пород неизбежно возникают из-за наложения друг на друга частиц разной формы и размера. Идеально шарообразные равновеликие частицы в наиболее плотной ромбоэдрической упаковке всегда имеют пустоты (пористость), объем которых равен 25,9% от общего объема тела; наименее плотная упаковка дает пористость 47,6% (Справочник по литологии, 1983). Без пустот могут быть упакованы в идеальном случае только частицы призматических и пирамидальных форм, а таковых в обломочных породах практически не наблюдается, все они обычно имеют участки сферической (искривленной) поверхности, созданные разрушением и окатыванием первичных кристаллических форм при транспортировке обломков,

2. Второй тип пустот, обусловлен пленками гигроскопической воды, обволакивающей каждую частицу обломочной породы и содержащихся также в хемогенных осадочных породах, Толщина этой пленки (L) обычно измеряется микронами, примерно равна 1 микрону, но именно эта пленка разделяет частицы от непосредственного соприкосновения друг с другом в неуплотненной породе; и чем мельче частицы, тем более велик объем этой воды в единице пространства породы, тем больше в ней "пустоты". По мере действия нагрузки, связанной с наложением слоев новых пород и силами гравитации, осадочные хемогенные и обломочные породы вынуждены изменять структуру, т.е. уплотняться, отторгая из себя воды и газы.

Уплотняются ли кристаллические магматические породы? Теоретически да, т.к. большинство из них кристаллизуется много выше зон плавления, в трещинах и полостях, в условиях меньших давлений. При погружении они также начинают раздавливаться, течь, вновь переплавляться (гнейсы), однако их уплотнение в тысячи раз меньше, чем у стратифицированных по[И29]род, т.к. они первично почти не имеют пустот и состоят из твердых минералов. Уплотнение скальных литифицированных пород в условиях огромных давлений и высоких температур происходит за счет "раздавливания" кристаллических решеток вещества, их уплощения, с образованием новых (метаморфических) минералов -- структурных модификаций вещества одного и того же химического состава.

Итак, уплотнение -- постоянно действующий процесс в недрах Земли. Но если бы здесь действовал только этот процесс, то наша Земля стремилась бы сжаться в точку. Этого не происходит. Почему? Потому что есть какой-то противоборствующий уплотнению процесс. Какой? Очевидно, способность земных недр и к расширению. Когда оно происходит? Тогда, когда происходит разрушение структуры ранее образованных пород: тектоническое дробление, разрыв сплошности, плавление, т.е. когда вновь появляется невещественное (полевое) пространство в литосфере, иначе говоря "пустота", другое фазовое состояние (по отношению к недрам "пустота" -- это жидкость, газ, расплав).

Я считаю, что уплотнение и разуплотнение -- два главных геологических процесса динамики литосферы. Эти процессы противоположны друг другу и всегда разобщены в пространстве, ибо там где идет уплотнение, там одновременно не может быть разуплотнения и наоборот. Это первая аксиома динамической геологии. Из нее формально допустима вторая аксиома, исходящая из закона сохранения масс и энергии: усиление уплотнения в одном месте приводит к равному усилению разуплотнения в другом, т.е. они функционально прямо пропорционально связаны. Определяет их динамику сила тяжести, создающая разность потенциалов давления пород между поверхностью и на глубину земных недр. Генеральное направление действия силы -- "вертикаль" к центру Земли (радиусы).

Исходя из проявления процессов уплотнения и разуплотнения необходимо выделение двух динамических форм состояния вещества земных недр --уплотняющиеся и расширяющиеся пространства. Первым соответствуют известные нам стратифицированные породы, вторым -- нестратифицированные, причем не как таковые, а как свидетели существования расширявшихся геологических пространств-полей.

Породы, свидетельствующие о былом расширении пространства, как правило, очень жесткие, магматические и относительно слабо уплотняющиеся впоследствии, поэтому их уплотнением в приповерхностных частях недр можно и даже нужно пренебречь (чаще здесь они, наоборот, расширяются) (Оллиер, 1987). Это необходимо для решения прогнозных геологических задач, базирующихся, как и в других науках, на принципах баланса вещества и пространственно-временных отношений.

Переход из состояния расширяющегося пространства-поля в геологическое твердое вещество, как правило, является мгновенным качественным скачком, который не может быть динамически медленным, Процесс уплотне[И30]

 

 

 

Рис. 5. Эволюция сложной структуры стратифицированных пород в условиях уплотнения и погружения

 

- 38 -

ния пород, наоборот, эволюционный, обычно медленный, идущий неравномерно по мере усиления давления на породу, но непрерывно, потому что сила тяжести действует постоянно.

Из признания вышеотмеченных формальных свойств процесса уплотнения вытекает необходимость действия следующих законов его кинематики (рис. 4), которые можно сформрировать так:

1. Развитие уплотнения при условии постоянного действия этого процесса происходит только равным вертикальным понижением каждой точки поверхностей слоев земных недр. Этот закон обуславливает способность стратифицированных пород сохранять в ходе эволюции свою первично образованную пространственно-временную структуру, т.е. оставаться подобным самим себе, мигрируя в геологическом пространстве.

2. Величина уплотнения (S) слоя горных пород обратно пропорциональна размеру обломков, слагающих породу и прямо пропорциональна вертикальной мощности (h) рыхлых пород. Исходя из вышеотмеченных типов и сущности "пустот" в горных породах, эту зависимость формально я представляю как S=(L/2)*(h/d)+(K*h)/100, где L -- толщина пленки гигроскопической воды, d -- диаметр обломков, h -- вертикальная мощность слоя породы (все в м.), К -- пористость породы (%). Межзерновой пористостью можно для упрощения и пренебречь, т.к. обычно эти пустоты в породах заполняются (цементируются) глинистыми хемогенными частицами еще на стадиях раннего диагенеза. Упрощенная зависимость имеет вид S = (1 микрон/2)*(h/d). Используя эту формулу, можно оценивать первичную мощность литифицированных пород или величину предстоящего уплотнения рыхлых. Оценка уплотнения пород при метаморфизме требует уточнения этой Формулы и учета изменений объемов вещества при изменении его кристаллической структуры в ходе перехода в новые минеральные формы. Второй закон обеспечивает реализацию первого, уточняет его действие в пространстве, объясняет появление пликативных (без разрывов) деформаций и разрывов слоев внутри неоднородной земной коры.

3. Величина уплотнения вышерасположенных слоев не может быть меньше величины уплотнения нижерасположенных. В противном случае возникнет расширение пространства, что противоречит сущности процесса уплотнения и условиям нашей задачи.

Очевидно, что в тех участках литосферы, где нарушаются эти законы, там возникают разуплотнения (пустоты), а в них, в конечном итоге, -нестратифицированные горные породы (в том числе и рудные тела), которые всегда моложе вмещающих пород (рис. 5). Возникновение разуплотнений предопределено неоднородностью структуры стратифицированных объектов, снятием весовой нагрузки, неравномерностью динамики уплотнения, которая порождается неравномерным приложением действующих сил и неоднородностью недр. Теоретически допустимо, что на какой-то глубине действие уплотняющих сил превышает предел прочности пород, и они раз[И31]рушаются, переходя в структурно новое состояние -- разуплотненное пространство (расплав). Глобально таковым пространством является астеносфера Земли, расположенная в недрах на глубинах более 10-70 км. Вещество астеносферы и расплавов земной коры в условиях пространственно неодинакового давления способно подниматься вверх, создавать поднятия литосферы. Это приводит к усилению сноса вещества с поднятий, осадконакопления во впадинах, и вновь к увеличению сил уплотнения. Создается замкнутый динамический цикл, о котором мы уже говорили.

Рис. 4. Кинематические модели уплотнения

 

Изучение разновозрастных геологических тел показало необратимость и направленность эволюции химического состава литосферы. Вещество земных недр дифференцируется на легкие, летучие и тяжелые соединения, химически усложняется и в ходе геологических циклов развития стремится максимально окислиться, стать в литосфере максимально легким и обособиться в виде пассивного блока. От начала к конечной стадии ряд развития химического состава вещества представлен сначала тяжелым металлоносным (ультраосновным) веществом океанической части литосферы, затем оно превращается в пеструю смесь основных и средних вулканитов и незрелых осадочных пород островных дуг и окраинных морей, далее в материковых горно-складчатых областях формируется комплекс пород разнообразного состава, насыщенный легкими гранитными интрузиями. Эти области в ходе последующих активизаций все более насыщаются гранитными интрузиями, стабилизируются гравитационно и становятся выровненными платформами континентов. Но подробнее об этом -- в специальных главах.

 

Литература

Геологический словарь в 2-х томах. Изд-е 2-е, исправл. - М. Недра, 1978.

Курс общей геологии /авт. В. И. Серпухов, Т. В. Билибина и др. Л.: Недра. 1976, 535 с.

Оллиер К. Выветривание. М.: Недра, 1987. 348 с.

Салин Ю.С. Стратиграфическая корреляция. М.: Недра,1983.157 с.

Салин Ю.С. К истокам геологии. Хабаровск, 1985.

Глава 3. ИСХОДНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РЕЛЬЕФЕ ЛИТОСФЕРЫ И ЗАКОНЫ ЕГО РАЗВИТИЯ

3.1. Что такое рельеф, форма рельефа, морфокомплекс?

Чрезвычайно важное значение для образования того или иного ландшафта имеют внешние формы литосферы, обычно называемые рельефом земной поверхности. Что же такое рельеф? В обиходном представлении это всякие неровности -- горы, долины, ямы, равнины -- объекты науки геоморфологии. А в строгом научном?

Примем, что объектом геоморфологии является конфигурация поверхности (рельефа) литосферы, ее геометрия, конфигурация в пространстве как следствие взаимодействия твердого вещества литосферы с окружающей средой. Предмет геоморфологии -- сумма знаний о конфигурации поверхности литосферы, последовательности и динамике образования этой конфигурации и ее эволюции.

Рельеф Земли изучают геоморфология и топография. Цель топографии --объективное количественное отражение форм земной поверхности как таковой. Топография представляет рельеф в виде карты гипсометрического поля, точки которого измерены на реальной поверхности в трехмерной системе координат относительно реперной точки и принятого горизонтального уровня. В топографии задачи получения регистрационной информации о рельефе формально строго поставлены, имеют однозначные решения с применением математического аппарата и соответствуют принципам и методологическим требованиям "точных" наук.

Целью геоморфологии принято считать познание структуры и функции рельефа, его истории и генезиса (Федоров 1989; и др.). Образно говоря, структура -- устройство рельефа; функция -- процессы и тенденции развития рельефа; история -- последовательность образования и развития его; генезис -- способы образования и развития. Современный понятийный аппарат геоморфологии еще недостаточно совершенен, чтобы формально корректно ставить и решать задачи или вести теоретический анализ. С таким положением дел нельзя мириться, тем более, что геоморфология в отличие от других географических наук имеет точные количественные характеристики своих объектов и все условия стать точной наукой. Попытаемся изменить это положение дел.

Примем, что рельеф -- это конфигурация поверхности тела, совокупность геометрических форм (неделимых единиц) поверхности тела (поверхность тела как таковая, но не форма объемного тела). Что такое "форма" в общем смысле этого слова? Форма -- внешнее очертание, наружный вид, контуры предмета (Энциклопедический словарь). Формы тел как элементарные целостные единицы -- это объемные геометрические фигуры (призмы, пирамиды, конусы и др.), ограничивающие тело,[И32] слитной поверхности (рельефа), ее элементарными целостными единицами могут быть только плоские геометрические Фигуры - плоскости треугольные, многоугольные и др., вписывающиеся в данную поверхность и ограниченные касанием к ней.

Мною предлагается принять, что форма рельефа -- часть земной поверхности, не имеющая кривизны, т.е. ограниченная плоскость, выделяющаяся как таковая на местности или на топокарте заданного масштаба. В этом случае гора, долина, котловина это не формы рельефа, как принято было считать, а совокупности форм (морфокомплексы), пространственно обособленные и типизированные как сложные (синтетические) объекты, Разнонаклонные по отношению друг к другу плоскости поверхности этих объектов -- вот это и есть формы рельефа (склоны) - неделимые элементарные "единицы" геоморфологической пространства. Из этих "единиц" мы и будем исходить при создании теоретических основ геоморфологии.

Форма рельефа -- это целостная единица, состоящая из элементов: собственно плоскости поверхности, ее ограничивающих линий и точек пересечения линий (вершин). Каждая форма имеет свое положение в пространстве (размеры, ориентировку, наклон) и со всех сторон граничит с другими формами. Сочетания различных форм образуют элементарные участки рельефа, все разнообразие которых разделяется на семь групп (морфокомплексов). Дадим им соответствующие исторически сложившиеся названия.

Гора (холм) -- часть рельефа, возвышающаяся над окружающим рельефом, ограниченная на топокарте замкнутой изогипсой, образующей в плане контур, отношение длины и ширины которого не превышает двух. Гряда (вал) -- то же, но соотношение длины и ширины морфокомплекса превышает два. Котловина (яма) -- часть рельефа, образующая замкнутое понижение, ограниченное на топокарте замкнутой изогипсой, отношение длины и ширины контура которой не превышает двух. Впадина (западина) -- то же, что и котловина, но отношение длины и ширины контура превышает два. Долина (ложбина) -- пониженная часть рельефа, незамкнутая в каком-либо одном направлении с отношением длины и ширины контура больше двух. Ниша (цирк) -- то же, что и ложбина, но с отношением меньше двух. Выступ (уступ) -- возвышенная часть рельефа, выступающая в каком-либо направлении из общего контура рельефа в плане.

С учетом пространственной ориентировки, различного сочетания размеров и типов морфокомплексов можно выделить и более сложные синтетические таксоны рельефа -- типы рельефа (холмисто-котловинный, грядово-ложбинный, горно-долинный и т.д.), дать каждому еще и генетическую и морфометрическую характеристику, но это выходит за рамки данного раздела. Отмечу, что выделение этих морфокомплексов необходимо для районирования рельефа, генерализации информации о нем, передачи ее для других наук и т.д., но нецелесообразно для начального теоретического анализа[И33] рельефа.

После того как мы ввели определения элементарных базовых понятий геоморфологии, следует отметить, что существует много других определений этих понятий, о чем можно дополнительно прочитать в терминологических справочниках по геоморфологии и учебных пособиях. Однако одно пособие следует упомянуть особо. Это пособие А.H. Ласточкина "Морфодинамическая концепция общей геоморфологии" – Л.; изд-во ЛГУ, 1991, в котором глубоко и продуманно раскрыты основные проблемы науки о рельефе, сделана попытка формализации рельефа земной поверхности, оригинально определены базовые понятия геоморфологии. Со многими утверждениями автора следует согласиться, его замечания полезны всем исследователям и педагогам, однако полностью принять представленную им концепции геоморфологии нельзя, она пока явно недостаточно отражает суть геоморфологии, ее цели и задачи, в большей мере являясь приложением геометрии Лобачевского к земной поверхности. Не во всем удачны и полезны для развития теории геоморфологии определения базовых понятий автора; приняв рельеф как сложную поверхность, он определяет его злементы как элементы объемных тел (стереометрии), что недопустимо и не сработает при решении геоморфологических задач.

Следует согласиться с fl.H. Ласточкиным, что базовый таксон геоморфологии "форма рельефа" формально и этимологически не очень удачен (буквально - форма совокупности форм), но боюсь, что геоморфологи ни за что не отдадут его на заклание; слишком он привычен. Поэтому и я не стал его менять, а лишь попытался определить поточнее.

Далее попытаемся определить основные категории рельефа и их свойства, ввести основные аксиомы, законы взаимоотношений и эволюции различных категорий форм. Эмпирически известно, что рельеф "твердой" земной поверхности создается двумя способами: отрывом, сносом частиц вещества с одних ее участков и накоплением этих частиц на других участках. Эти процессы всегда разобщены в пространстве (дискретны), ибо там, где идет снос, там одновременно не может быть накопления. Это первая аксиома геоморфологии. Она подводит нас к необходимости и допустимости выделения в рельефе двух генетически противоположных категорий форм; сноса (денудации) и накопления (аккумуляции), с чем согласны большинство исследователей (Проблемы..., 1989). Эти формы дискретны по отношению друг к другу, но функционально прямо пропорционально связаны; усиление сноса с одной формы приводит к равному усилении накопления-образования другой. Ослабление -- наоборот. Выделение их в рельефе не противоречит формальной логике.

3.2. Денудационный рельеф (ДР)

Примем, что денудационный рельеф -- участки земной поверхности, соз[И34]дающиеся и развивающиеся путем удаления (сноса) вещества литосферы со всей своей поверхности. Это определение близко к определению И.С. Щукина (1946), но формально более строго. Я считаю, что из этого формально допустимы следующие аксиоматические определения свойств денудационного рельефа, условий его существования и развития: 1. ДР "вырезан" в геологическом субстрате и развивается посредством сноса вещества со всей своей площади; 2. в пределах ДР литосфера разуплотняется, способствуя отрыву и сносу; 3. действие процессов в пределах ДР имеет отрицательный баланс вещества и не создает в „нем аккумуляции; 4. действие процессов сноса в ДР определяет толщину рыхлых продуктов разрушения субстрата не более толщины их движущегося или сдвигаемого ("деятельного") слоя, текстура и структура деятельного слоя отличается от текстуры и структуры субстрата ; 5, действие процессов сноса на ДР геологически непрерывно, как только они прекращаются -- ДР сразу теряет свой статус.

Эти свойства позволяют всегда четко "узнавать" денудационные формы на местности. Главные признаки денудационных поверхностей -- это их несогласное (разрезающее) положение по отношению к геологической текстуре (слоистости) пород и отсутствие под поверхностями принесенного (аллохтонного) рыхлого чехла больше возможной здесь мощности деятельного слоя. Причем, для выделения денудационных форм на нестратифицированных породах достаточно лишь второго признака. Величина предельно возможной мощности деятельного слоя (Md) зависит от крутизны формы. На горизонтальной поверхности она равна 0, на вертикальной -- высоте самой поверхности, на наклонной -- определяется формулой Md = H*Sina, где Н -- высота формы рельефа, a -- угол ее наклона к горизонту (вывод формулы не приводится в целях экономии текста).

3.3. Законы эволюции ДР и их доказательства

Из признания вышеотмеченных формальных свойств ДР вытекает необходимость признания за ним и ряда законов пространственно-динамического развития.

1. Развитие ДР при условии сохранения своего статуса возможно лишь при равном горизонтальном отступании каждой точки своей поверхности - S1=S2=S3, где S -- величины горизонтального отступания форм ДР.

2. Величина (толщина) сносимого денудацией в единицу времени слоя вещества (d) всегда больше на более крутых поверхностях ДР и определяется формулой d = S*sina, где a -- угол наклона формы ДР.

3. На одном профиле сноса вышерасположенные совокупности Денудационных форм рельефа не могут "отступать" быстрее нижерасположенных.

Математическое (геометрическое) доказательство этих законов легко выводится из профильной модели ДР (см. рис, 8, 9), Предположим обрат[И35]ное, что S1≠S2*S3, В случае 1 (рис. 9), в процессе денудации на более пологой форме даже при бесконечно малом отступании форм (дифференциалах S1 и S2) неизбежно возникнет аккумуляция, т.к. объем вещества, сносимого с более крутой верхней поверхности, всегда больше, чем с такой же высоты нижней (dSl > dS2). Нижняя форма в этом случае становится аккумулятивной, что недопустимо по условию нашей задачи (рельеф должен всегда сохранять статус ДР). Чтобы этого не происходило, формам ДР необходимо отступать на равные горизонтальные расстояния в ходе своей эволюции.

 

Рис. 9. Невозможные варианты эволюции форм ДР.

 

Случай 2 при постоянном действии одного и того же денудационного процесса физически невозможен (рис. 9), т.к. известно, что на наклонных поверхностях скатывающая (денудирущая) сила (F_СK=mg*sina) прямо пропорциональна углу наклона поверхности, т.е. всегда больше на более крутой поверхности. Следовательно невозможно требующееся для случая 2 сдвижение большей массы (слоя, объема) вещества с пологой поверхности, нежели с более крутой (см. нашу формулу Мd = H*sina), а отсюда невозможно и более .быстрое отступание пологой поверхности. Случаи 1 и 2 даны для параллельного отступания Форм посредством однотипного процесса денудации.

Допустим, что при однотипном процессе денудации отступание форм непараллельно. Наша пара денудационных форм может геометрически измениться по трем вариантам (случаи 3 и 4). Возможны ли они при таком денудационном развитии? Нет. В случае 3 для перехода верхней крутой формы в пологую необходимо появление аккумуляции (а этого мы не можем допустить); а переход нижней пологой в крутую физически невозможен (см. случай 2). В случае 4 переход верхней крутой в еще более крутую физически невозможен, а переход нижней пологой в еще более пологую требует аккумуляции (следует отметить, что случай 4 возможен лишь при смене типа процесса денудации -- склонового на более динамичный ледниковый; или наоборот, и тогда возможен случай 5 -- общее выполаживание обеих форм, но это более сложные варианты эволюции ДР (рис, 9; 8,б), кратковременно допустимые при смене природных условий (движущих сред) его развития.

Рассмотрев все возможные варианты эволюции ДР в условиях однотипной; денудации, мы приходим лишь к одному -- развитие ДР возможно лишь при равном горизонтальном отступании каждой точки своей поверхности. Только такая кинематика не противоречит принятому статусу ДР, законам сохранения энергии и массы, законам механики и кинематики. Этот закон обуславливает способность ДР сохранять свои первично заданные формы в ходе дальнейшей денудационной эволюции, т.е. оставаться подобным самому себе, мигрируя во внешнем пространстве.

Из профильной модели (рис. 8, а, б) следует и второй закон. Второй закон обеспечивает как реализацию первого закона, так и, уточняя пер[И36]вый, при смене типа процесса обосновывает возможность создания в рельефе несогласий, локально искажающих строго самоподобную морфологию рельефа в ходе развития ДР. Несогласие в ДР -- это участок локального подрезания пологих склонов более быстро отступающими крутыми.

Третий закон (на одном профиле сноса вышерасположенные совокупности денудационных форм рельефа не могут "отступать" быстрее нижерасположенных) доказывается также как и первый. Профиль сноса -- это линия пересечения форм ДР с вертикальной плоскостью, ориентированной по направлению наклона форм. Третий закон уточняет действие первых и именно через него нейтрализуется в развитии рельефа неоднородность влияния факторов окружающей среды.

Реальность действия этих законов находит эмпирические подтверждения. В качестве примера приведем данные по стационарным наблюдениям за скоростью денудации на склонах различной крутизны в Скалистых горах (Eardley, 1967),(табл. 3).

 

Таблица 3. Скорость денудации на склонах разной крутизны

Угол склона, град.	Денудация (d), мм/год	Угол склона, град.	Денудация (d), мм/год
до 5	0,116	до 20	0,462
10	0,234	25	0,571
15	0,348	30	0,673

Из таблицы видно, что чем круче склон, тем больше величина сносимого в единицу времени слоя вещества литосферы, т.е. подтверждается второй закон. Если верен наш первый закон (все формы участка отступают в единицу времени на равные горизонтальные расстояния), то отношение d/sina = S есть величина постоянная для данного участка.

Как видно, разница определений S не превышает +0,01 мм, что меньше IX от значений S. Для эмпирических наблюдений это крайне малая ошибка. Приведенные данные, полученные независимо от моих идей, достаточно точно подтверждают второй и первый закон, а также и третий -- следствие первого закона.

3.4. Воздействие окружающей среды и законы развития ДР

Но как "работает" на законы ДР и способствует их выполнению окружающая среда? Ведь именно она разрушает горные породы (выветривание) и двигаясь, перемещает обломки в пространстве, меняя пространственное положение земной поверхности. Рассмотрим воздействие среды на примере денудационной системы верховья бассейна р. Актру (Алтай). В главе 2 было обосновано, что энергетика развития литосферы складывается из потенциала силы тяжести в каждой точке разнонаклонных и разновысотных участков поверхности литосферы, созданных тектоникой и денудацией, и из солнечной энергии, поступающей к ним в виде тепла, твердых и жидких осадков и воздушных потоков. Солнечная энергия является энергией активации и, преобразуя энергию потенциала поля силы тяжести в кинетическую, расходуется на разрушение молекулярных и механических связей литосферы в процессе выветривания и транспортировки горных пород по рельефу подвижными (грунтовыми, ледяными, водными и газообразными)[И37]средами, Взаимодействие этих видов энергии обуславливает функционирование системы. Следует отметить, что не все источники энергии в равной степени оказывают влияние на функционирование системы.

Можно отчленить источники энергии, не оказывающие за период наблюдений t существенного влияния на изменения динамики ее функционирования. Управляющим фактором развития системы будет прежде всего тот, который сам способен за этот период изменяться. Оценивая наблюденные современные процессы в бассейне, зная что с ним происходило в период t, мы вынуждены принять, что потенциал поля силы тяжести рельефа и устойчивость горных пород к разрушению существенно не менялись. Они являются фиксированной ареной (фоном) действия процессов. Но что же менялось на "входе" в систему? По данным стационарных наблюдений -- поток солнечной энергии и динамика возбужденных ею сред, меняющихся не только в течение года, но и в течении суток и более короткого времени. Очевидно, что обусловленный солнечной энергией климатический фактор и является главным управляющим фактором функционирования системы данного типа за период времени t. Причем не только в пределах данной системы, но и в подобных системах в разных регионах и разных ландшафтно-климатических зонах.

Климатическая изменчивость имеет различную ритмику -- многолетнюю, годовую, суточную, внутригодовую, внутрисуточную и т.д. Частота и амплитуда колебаний физических параметров внешней климатической среды определяет интенсивность процессов выветривания и склонового перемещения обломочного материала. Их можно представить в виде гармонического колебательного процесса. Полная энергия (Е) суточного или более продолжительного цикла нагревания--охлаждения пропорциональна эффективной теплоемкости породы (С_э), квадрату амплитуды колебания температуры в подстилающих горных породах (а) и квадрату частоты (угловой скорости) колебаний температуры (V) (Швецов, 1971) -- Е = 2p*С_э*а²*V². Если предположить, что годовая амплитуда колебания температуры в приповерхностном слое подстилающих горных пород составит даме 100°С (что больше Фактической), то полная энергия амплитуды годового цикла, затраченная на разрушение и снос вещества, составит менее 0,1% от всей энергии суточных циклов этого периода, что со всей очевидностью показывает главенствующее значение суточных циклов в функционировании системы, имеющих и значительную амплитуду, и множество переходов через 0°С в течение года.

Результаты метеонаблюдений и анализ климатической обстановки верховья бассейна р. Актру показывают, что изменчивость ее параметров четко проявляется уже в течение суток в зависимости от высоты, крутизны и ориентировки форм рельефа, и не только в приповерхностном слое атмосферы, но и на поверхности подстилающих горных пород. По данным Н.Х. Лупиной (1974) на высоте 3050 м суточная амплитуда колебания тем[И38]пературы на поверхности почвы в летний период составляет в среднем 12.1°С, в то время как на дне долины (2150 м) -- 19.0°С, амплитуды колебаний температуры воздуха в этот период составили соответственно 6.8° и 11,4°. В обоих случаях амплитуды колебаний температур оказались белые на дне долины, на более низкой высоте и пологом склоне: на поверхности почвы на 7.1°, а в воздухе -- 4.6°.

Критерием интенсивности воздействия среды может также служить такой информативный ее параметр как "внутрисуточная изменчивость градиента температуры воздуха". Она проявляется в различных местах (на различных формах рельефа) различным образом. К примеру, изменение этого параметра на склоне восточной экспозиции распределено так (Обыскалов, 1990): склон крутизной 18°уровня 2150-2280м -- 2.17; склон 30°уровня 2280-2600 м -- 0.83; склон 35°уровня 2600-3050 м -- 0.40, На склоне западной экспозиции (крутизна 25°) от его подножия (2150 м) до высоты 2400 м этот показатель -- 2.71. Отсюда, на первом (нижнем) высотном уровне склонов интенсивность температурного воздействия среды условно в 5,5 раз больше, чем на третьем.

Если проследить годовое распределение осадков (также мощный движущий фактор) на этих уровнях, то оказывается, что вышерасположенные формы рельефа получают их больше (Лупина, 1974). Тем самым может компенсироваться "нехватка" температурного воздействия на вышерасположенные формы по сравнению с нижерасположенными. При прочих равных условиях более крутые формы получают на единицу площади своей поверхности всегда меньше осадков, чем пологие, но на крутых формах гораздо сильнее проявлен потенциал поля силы тяжести и это компенсирует недополучение ими энергии климатического воздействия.

Что же получается в итоге? Вышерасположенные формы денудационного рельефа слабее подвержены температурному воздействии, но зато лучше увлажнены; более пологие формы имеют более слабый потенциал силы тяжести, но лучше увлажнены и подвержены более резким температурным воздействиям. Т.е., разнообразные элементы денудационной системы, обладая разными "сильными и слабыми" свойствами к процессу денудации, получают примерно одинаковое воздействие со стороны внешней среды и должны быть уравновешены между собой (в профиле сноса) или должны стремиться к этому. Их эволюция (перемещение) в пространстве может идти с полным сохранением ранее "заданных" форм рельефа (самоподобно), чему соответствует воздействие внешней геофизической среды, наблюденное в пределах исследуемой системы. Очевидно, сами формы рельефа (элементы системы) преломляют, приспосабливают под свой облик геофизическую среду так, чтобы иметь возможность развиваться согласно законам денудационного развития рельефа, выведенных теоретическим путем и подтвержденных эмпирически.

Согласно этим законам и идет развитие ДР. Нарушение и осложнение[И39] действия законов денудации возможно. Оно связано с изменениями и неоднородностями субстрата литосферы и среды, окружающей рельеф, и приводит обычно к появлению в ДР локальных несогласий и аккумулятивных форм и, в конечном итоге, к искажениям идеального самоподобия ДР, которые (искажения) необходимы для сохранения статуса ДР и его топологии (более крутая форма остается более крутой) при смене типа процесса денудации на более динамичный или медленный (склонового на ледниковый, речного на склоновый или эоловый (рис. 8,б)) в зависимости от климатически обусловленной смены действующей среды. При смене среды изменяется и интенсивность денудационного сноса.

Этот вывод подтверждают эмпирические измерения результатов функционирования геоморфологических систем -- твердый и жидкий сток. Средние значения твердого стока из бассейнов и малых, и больших рек отличаются друг от друга в пределах одной климатической зоны не более чем в 2-4 раза, но вот в разных климатических зонах -- до 1-2 порядков! Причем такие колоссальные различия выдерживаются по системам как малых, так и больших рек. Чем это может быть обусловлено? Только известными для этих зон климатическими различиями -- главным управляющим фактором функционирования систем на период наблюдений t, ведь геоморфологические и геологические данные показывают, что бассейны рек в пределах одной климатической зоны обладают совершенно разным геологическим строением и рельефом (к примеру, Кавказ, Памир, Алтай). Но это не сказывается столь существенно на значениях величин твердого и жидкого стока: все значения находятся в пределах одного порядка и у больших, и у малых рек.

Отсюда понятно, что на границах контрастных рельефоформирущих сред обычно возникает аккумулятивный рельеф (на что обратил внимание и Л.Н. Ивановский (1989)) или несогласие в ДР. Первый образуется когда более активная среда расположена в рельефе гипсометрически выше, второе -- когда ниже.

3.5. Механизм образования денудационных форм (Д-форм)

Определяя ДР, мы приняли, что он должен быть "вырезан" в литосфере, его формы должны быть расположены под углом к поверхности слоев (текстур) горных пород. Как может возникнуть такая поверхность в литосфере? Я считаю, что только одним способом -- разрывом сплошности горных пород и их слоев. Поверхность этого разрыва на "дневной" поверхности и будет "эмбрионом" денудационной формы; поверхность этого же разрыва внутри земных недр назовем разломом. Разлом -- объект геологический. Разрыв в литосфере -- результат действия и борьбы процессов уплотнения и разуплотнения. О них мы уже говорили.

В рельефе разрывы литосферы всегда представлены наклонными к гори[И40] зонту поверхностями, обычно круче 40-45°, Эти формы называют тектоническими уступами. После возникновения они сразу же начинают подвергаться денудации. Почему? Потому что круто наклонены, а на наклонной поверхности действие силы тяжести всегда имеет горизонтальную составляющую, которая отрывает и сносит частицы вещества. На горизонтальной поверхности сила тяжести направлена строго по вертикали, поэтому частицы не смещаются по горизонтали, а лишь уплотняются по вертикали, т.е. снос в таких условиях не идет.

Необходимо уточнить, что денудация -- это способ развитии (эволюции) рельефа, универсальный для всех форм, но это не способ зарождения форм. Способов зарождения форм два: аккумуляция, о которой мы будем говорить ниже, и разрыв (разрез) сплошности литосферы, который впоследствии с помощью денудации становится денудационной формой, развивающейся по выведенным нами законам.

Но как разрыв становится Д-формой, каков путь "эмбриона" к своему "рождению"? Проследим на модели. Допустим, что горизонтальную земную поверхность разорвало поднятие-разуплотнение (поднятие блока литосферы). Из-за разрыва в рельефе возникла вертикальная поверхность. Эта поверхность подвергается денудации, а у ее подножия аккумулируются отрывающиеся от нее частицы. По законам денудации необходимо принять, что денудация уступа будет идти параллельно поверхности уступа. Продифференцируем этот процесс. Представим, что каждый слой денудации, равен размеру отрывающихся частиц, а их размер бесконечно мал (dS), Каждый слой частиц аккумулируется у подножия уступа. Каждое новое боковое срезание уступа происходит с уменьшением высоты слоя частиц на одну самую нижнюю частицу. Почему? Потому что ложащийся рядом с уступом слой аккумуляции этих частиц равен толщине частицы и не дает сдвинуться последней (нижней), она лежит на их уровне. Таким образом уступ преобразуется в ступенчатую (размер ступенек равен размеру частицы) денудационную поверхность, крутизна которой по касательной уменьшается вдвое по сравнении с крутизной первичного разрыва-уступа, и вертикальный разрыв трансформируется в наклонную (45°) Д-форму, ступенчатостью которой можно в реальных условиях и пренебречь. Такой цикл трансформации может быть неоднократным, причем крутизна последующей Д-формы будет всегда вдвое меньше предыдущей -- угол Аi =А(i-1)/2.

Анализ кинематики этой модели приводит к противоречию между положением на профиле поверхностей аккумуляции и поверхностей денудации-трансформации. Аккумулятивная поверхность после первого цикла трансформации изначально всегда положе погребенной ею поверхности денудации и, казалось бы, согласно законам денудации, наклон поверхности следующего цикла трансформации должен задаваться наклоном поверхности[И41] аккумуляции. Но этого не происходит. Почему? Потому что аккумулятивный чехол и при самом малом наклоне всегда вовлекается в сферу деятельного слоя и постоянно удаляется за пределы этого наклона. В результате наша ступенчатая денудационная поверхность, не изменяя своей формы, очищается от всех частиц, кроме последних, лежащих на ступеньках, и самого нижнего слоя частиц. В итоге поверхность аккумулятивного чехла приобретает вид пленки толщиной в одну частицу и конформно облекает денудационную поверхность, практически полностью сглаживая ее ступенчатость. Возможность очень быстрой трансформации поверхности аккумуляции обусловлена тем, что скорость денудации рыхлого чехла на 3-5 порядков больше скорости денудации скального грунта, и рыхлый чехол удаляется настолько быстро, что денудационная скальная поверхность не успевает существенно изменить свои морфологию в период временного пребывания на ней аккумуляции. Поэтому в нашей кинематической модели можно пренебречь положением поверхности рыхлого чехла, и Д-формы могут трансформироваться согласно закону двукратного уменьшения предшествовавшего наклона Д-формы, т.к. рыхлый чехол не "искривляет" действие денудации.

Процесс трансформации разрыва-уступа прекратится только в том случае, если все отрывающиеся денудацией частицы будут удаляться за его пределы. Это возможно только в том случае, когда разлом в земной коре вновь активизируется, и в рельефе возникнет новый разрыв-уступ, который и даст возможность вышерасположенной Д-форме полностью освободиться от аккумуляции и развиваться согласно законам денудационных процессов, отступая параллельно самой себе. Момент появления нового разрыва-поднятия и есть момент образования Д-формы из прежнего разрыва-уступа. Этот момент (но не момент зарождения формы) определяет возраст данной Д-формы, т.к. на протяжении всего периода трансформации разрыва в Д-форму сохраняется неопределенность: будет ли в данном месте образована Д-форма и какой облик она будет иметь.

Уровень в рельефе, на котором идет аккумуляция, является уровнем трансформации примыкающей к нему Д-Формы или ее базисом денудации, нише которого денудация в обычных условиях невозможна. И только понижение базиса денудации Д-формы, связанное с тектоническим разрывом-смещением литосферы, дает возможность для рождения и развития Д-форм по законам ДР, Следует подчеркнуть, что в период трансформации Д-формы денудация и аккумуляция действуют на ней совместно, после образования Д-Формы -- разобщенно.[И42]

Эмпирически установлено, что формы ДР разнообразны, совокупность их чаще ступенчата, преимущественно развиты крутонаклонные Формы, образующие горы, долины, котловины и т.д. В ходе эволюции ДР стремится к уменьшению своей крутизны, стремясь, но никогда не достигая горизонтали.

Создают структуру ДР только "настоящие" тектонические движения, связанные с изменениями иэостатического состояния земных недр (плотности блоков литосферы), В самом упрощенном виде это можно представить так. При разуплотнении участка земной коры и мантии (разогреве, внедрении "легких" интрузий гранитоидов) происходит его относительный изостатический подъем и формируется ДР, Каждое новое внедрение легкого вещества продолжает этот процесс, воздымая территорию на высоту, пропорциональную величине "облегчения" блока, и закладывая в рельефе новый уровень Д-форм, Каков был режим внедрения легких масс и их объем -такая будет создана и структура ДР. При высоком насыщении блока легкими интрузиями продолжающееся их внедрение будет слабо изменять его "вес" и как следствие этого - его относительное высотное положение, Здесь наступит платформенный геодинамический режим, который может возникать и при прекращении тектоно-магматической активности. Колебательные тектонические движения, геоидные ундуляции и изменения уровня океана не создают структуру ДР. Горизонтальные тектонические движения способны лишь искажать ее плановые очертания.

Денудация скальных литифицированных пород, в которых вырабатывается ДР, идет очень медленно и строго закономерно, поэтому структура ДР не способна перестраиваться или перестраивается локально. Она может уничтожаться медленным "схлопыванием" противоположных склонов лишь на самом верхнем уровне ДР (рис. 11).

3.6. Аккумулятивный рельеф (АР)

Второй главный тип форм создается аккумуляцией. Аккумулятивный рельеф (АР) - участки земной поверхности, создающиеся накоплением вещества, принесенного со стороны земной же поверхности или из глубин земной коры (Щукин, 1946). Отсюда аксиоматически следует, что АР создается непосредственно аккумулирующимся веществом-телом и всегда кон[И43]формен (соответствует) внутренней структуре тела, совпадая со структурой части тела, выходящей на "дневную" поверхность. АР образуется в условиях положительного баланса вещества.

Эволюционно-пространственные свойства АР таковы;

1. В ходе геологически непрерывного действия процесса аккумуляции Формы АР постоянно перемещаются вверх по вертикали, оставляя ниже слои текстурно конформного формам рельефа геологического вещества. При прерывистом накоплении создается сложно построенный погребенный комплекс Форм, познание которых требует изучения внутренней структуры аккумулятивных геологических тел (рис, 2:3).

2. При прекращении процесса аккумуляции формы АР переходят в реликтовое состояние, не способны саморазвиваться в геоморфологическом пространстве и подвергаются денудации»

3. АР сохраняется до тех пор, пока не снесено все конформное ему вещество; морфология форм при этом не меняется, т.к. мы установили, что денудация сохраняет подобие первично образованным формам» Казалось бы, АР, перешедший в реликтовое состояние и подвергающийся денудации, правильнее было бы считать снова денудационным. Но нет, несмотря на денудацию, а наоборот с помощью ее, АР сохраняет четкое подобие своей первичной форме и конформность структуре слагающего вещества. А ДР, как мы приняли, всегда разрезает вещество, образуется при разрыве и деформации литосферы,

4. АР дискретно образуется во времени, в момент начала действия того или иного типа процесса аккумуляции. Момент начала процесса аккумуляции является актом зарождения-образования А-форм и определяет древний (нижний) возрастной предел форм.

5. Горные породы, слагающие АР, и соответственно сам АР, эволюционируют согласно вышеотмеченным законам развития литосферы и, уплотняясь, сохраняют подобие первичной поверхности АР, не нарушают его конформности с текстурой вещества.

Само зарождение аккумулятивной формы (А-формы) связано исключительно с денудацией. Если где-то начинается денудация, значит где-то начинается и аккумуляция, т.к. наша земная геоморфологическая система замкнута» Иначе говоря, акт зарождения А-формы заключается в акте денудационного смещения вещества. Процесс этого смещения до полной остановки вещества является одновременно периодом эмбрионального образования (трансформации) А-формы, Способ движения вещества определяет структуру и текстуру вещества и форму аккумуляции. В этот период процессы денудации и аккумуляции действуют совместно, подчиняясь одной цели -- создать А-форму. Выше мы отмечали, что точно также они работают и при создании Д-форм. Складывается парадоксальная ситуация. Она может быть решена по разному. Может "родиться" или А-форма, или Д-форма. Определяет это тектоничес[И44]кий режим литосферы. Поднимется участок -- возникнет Д-форма, опустится -- А-форма, останется на месте -- продолжится процесс трансформации поверхности, в которой можно выделить временные (непостоянные) участки АР и ДР.

Рождение (образование) А-формы -- это остановка (осаждение) движущегося вещества или его части, иначе говоря, прекращение денудации на каком-либо участке на какой-то период времени. Но какая при этом будет образована А-форма -- зависит от способа перемещения вещества. Иначе говоря, период "эмбрионального развития" А-формы не менее важен для ее образования.

Формы АР разнообразны, преимущественно пологие, но в ходе постоянного процесса аккумуляции АР стремится к увеличению крутизны Форм (особенно на вулканах) , стремясь, но никогда не достигая вертикали. Преимущественно рыхлый субстрат АР определяет чрезвычайную подвижность АР в пространстве, способность его при изменении условий геологически мгновенно перестраиваться, изменять свой облик и структуру.

3.7. Структура и функция рельефа

Главной целью геоморфологии считается объективное отражение структуры, истории, динамики развития и генезиса рельефа (Проблемы..., 1989). Структура -- (расположение, порядок, устройство рельефа) -- неотъемлемое свойство объекта, компоненты (единицы пространства) которого могут быть организованы в пространстве объекта во временной последовательности и динамических соотношениях. Если рельеф земной поверхности считать материальным объектом, то необходимость введения понятия "геоморфологическое пространство" очевидна. Оно представляет собой сложную неевклидовую поверхность, в которой зафиксирована пространственно-временная структура рельефа, отражающая и его динамику образования и развития. Образуют структуру геоморфологического пространства формы рельефа, отличающиеся друг от друга динамикой, продолжительностью, способом образования и процесса развития и, самое главное, своим обликом (формой), который и отражает в себе особенности этих процессов. Это пространство нестабильно; соответственно с рельефом оно новообразуется на одних уровнях и исчезает на других, замкнуто в самом себе, континуально и является частью "внешнего" пространства. Сложность геоморфологического пространства приближенно отражает топокарта, которая является его проекцией на горизонтальную плоскость.

Эмпирические наблюдения за исторический период показывают, что формы рельефа действительно как новообразуются, так и исчезают, и, составляя структуру рельефа, несомненно несут информацию об истории его образования и развития. Собственно история образования и развития лю[И45]бого материального объекта представляет собой какую-то последовательность (очередность) различных его состояний, очередность появления в пространстве-структуре объекта новых его частей. Поэтому при решении задачи восстановления истории развития рельефа необходимо выделение в его структуре дискретных элементов (форм рельефа). В принципе, любая Форма рельефа несет в себе историческую информации. Для фиксации этой информации необходимо введение понятия "возраст". Возраст формы рельефа -- это очередность образования ("рождения") Формы в последовательности образования форм рельефа. Как видно, это понятие в принципе аналогично нашему пониманию возраста горных пород з литосфере, только относится оно уже к собственно формам рельефа.

Иначе говоря, возраст формы рельефа -- это хронологический рубеж ее образования, с момента которого фиксируется облик и место формы в относительной последовательности форм.

Данное определение требует понимания времени не как независимого равномерно текущего фона развития, а как собственного свойства объекта -- как относительную последовательность образования его частей (отношение "раньше-позже"). В таком понимании время вне геоморфологического пространства существовать не может, отсюда вытекает необходимость введения понятия "геоморфологическое время" как собственного свойства рельефа. "Абсолютное", измеряемое физическими методами время более полезно при оценке физической динамики развития и образования форм.

Рассмотрим информативность форм ДР и АР с хронологических позиций. Эмпирически известно, а теоретически я показал это выше, что образование (но не эволюция) денудационных форм всегда контролируется базисом денудации. Ниже базиса денудации срез и вынос геологического субстрата физически невозможны, т.к. их движущей силой является вертикальная сила тяжести Земли, реализующаяся с латеральной составляющей лишь при условии открытости форм форм во внешнее, менее плотное пространство. Поэтому, понизился базис -- образовалась новая форма денудации (обычно крутой склон); повысился -- идет аккумуляция; не изменился -- идут аккумуляция и денудация и трансформация форм. Отсюда ясно, что нижерасположенная форма ДР (как бывшее пространство или точка в литосфере) никак не может выйти на уровень "открытой" поверхности (т.е. стать составляющей рельефа) раньше вышерасположенной. Это строгое и простое хронологическое соотношение форм ДР было сформулировано еще в 1891 г. В.В. Докучаевым в виде закона-аксиомы; каждая смежная нижерасположенная в последовательности форма образована позже вышерасположенной.

Отсюда и из закона самоподобного развития ДР вытекает главное и строгое свойство ДР -- способность сохранять информацию об истории своего образования на всем протяжении последующей своей эволюции (аналогично стратифицированным породам в литосфере).

Восстановление истории ДР невозможно без анализа его структуры, ко[И46]торую априори образуют самые простые элементы -- формы ДР, По эмпирическим наблюдениям типичная совокупность форм ДР по линии вертикальной последовательности представлена ступенчатым морфологическим профилем (профиль сноса), элементы которого -- разнонаклонные линии (проекции Форм ДР на вертикальную плоскость). Они названы мною "морфоединицами". Точка сочленения смежных морфоединиц на профиле названа "шовной точкой", линия сочленения множества смежных шовных точек форм ДР в плане -- "шовной линией", которая является одной из границ форм ДР.

Рассмотрим эволюцию смежной пары морфоединиц на профильной модели в типичном варианте; крутой склон, опирающийся на пологий. В ходе своего развития денудационная пара, перемещаясь во внешнем пространстве, сохраняет подобный себе первичный геометрический облик в профиле сноса. При условии сохранения статуса ДР, вся его ступенчатая совокупность форм также сохраняет самоподобный облик, т.к. представляет собой интегральную совокупность множества профилей, для которых решение задачи перемещения в пространстве показано выше.

Из профильной модели вытекает, что в ходе эволюции ДР шовная точка может смещаться в пространстве только на одинаковое с другими точками своей морфоединицы расстояние и при этом смещается строго по горизонтали. Шовная линия (как совокупность шовных точек) также смешается по горизонтали, сохраняя тем самым пространственное положение образованной структуры. Из-за неоднородности факторов и среды перемещения форм ДР могут возникнуть плановые искажения ДР (одни смежные совокупности морфоединиц могут отступать быстрее других), но вертикальная пространственно-временная структура ДР не искажается или искажается несогласиями лишь локально.

Движение шовных точек и линий по горизонтали способствует фиксации и сохранению всех последующих тектонических деформаций форм ДР с момента их образования, усиливая тем самым свою историческую информативность. Наиболее надежно эта информация фиксируется шовными линиями вогнутых перегибов ДР. Шовные линии легко и однозначно выделяются в топографии ДР, являясь уровенными границами его форм, и по латерали могут объединять формы ДР в единые "морфоуровни". Морфоуровень -- совокупность форм ДР, опирающаяся на даннр шовную линию, "обрезанная" или замкнутая по латерали, отличающаяся от смежных относительной морфологической выраженностью (каждая морфоединица данного морфоуровня должна быть круче или положе выше и ниже расположенных на своем профиле сноса). Морфоуровень имеет информационные функции в принципе идентичные геологическому понятию "слой", "горизонт". Оно необходимо для корреляции форм ДР в пространстве-времени и для выявления-познания целостной пространственной структуры рельефа, отражающей его историю и динамику.[И47]

Эмпирически известно, что строгая упорядоченность пространственной последовательности образования аккумулятивных поверхностей реализуется при субгоризонтальном наслоении вещества в условиях бассейновой седиментации (закон Стенона), но при этом они погребаются и перестают быть непосредственно геоморфологическим объектом. В континентальных условиях, на наклонных поверхностях отложение вещества идет эпизодично, более динамично, пространственно неоднородно, разноуровенно и неодновременно. В этих условиях строгая пространственная последовательность не может быть выдержана в АР, возраст форм АР индивидуален, дискретен и определяется с помощью геологического возраста* конформного им вещества. Более полно и пространственно строго возрастная информация АР представлена на участках активной аккумуляции и погребения рельефа и имеет главным образом корреляционное значение, увязывая структуру погребенного АР со структурой и возрастом ДР, коррелируя между собой геологическое и геоморфологическое времена. Но всегда налегающая (погребающая) Д-форму А-форма моложе формы ДР; Д-форма, разрезающая А-форму, моложе последней. Возраст современно образующихся у базиса денудации Форм ДР и АР примерно равен (коррелятен друг другу).

Важной задачей геоморфологии является оценка динамики, способа и типа физических процессов рельефообразования. Динамику процесса образования ДР отражают наклон и высота форм, но только на качественном уровне (круче и выше форма -- интенсивнее был процесс и амплитуда разрыва-зарождения формы и кратковременнее ее трансформация). Для АР динамику процессов образования форм правомочно оценить по структуре и текстуре конформного вещества (крупнее компоненты вещества -- интенсивнее динамика), причем это можно сделать и количественно.

Общепринятым в геоморфологии понятием является "генезис" -- происхождение, возникновение. Я считаю, что целесообразнее понимать генезис именно как способ образования (возникновения) форм рельефа и отложений посредством действия той или иной физической среды или силы (но не как причину образования). Способ образования (акт действия) всегда конкретен и всегда имеет свое вещественное и геометрическое выражение. Понимать генезис как происхождение (произошло что-то от чего-то) -- это подразумевать причину явления, следовательно, не иметь определенного представления о нем, потому что цепь причинно-следственных связей бесконечна. Вышесказанное не значит, что в геоморфологии не следует анализировать причинно-следственные связи. Но всему должно быть свое место и время.

Способы и типы физических процессов рельефообразования могут строго фиксироваться лишь вещественными продуктами их действия (структурой», текстурой, вещественным составом). Поэтому АР чрезвычайно информативен в отношении генезиса. Генетическая информативность форм ДР не может быть оценена как строгая, Эти формы вырезаются в геологическом субс[И48]трате и здесь уже изначально обычно отсутствуют вещественные свидетельства различных способов их образования, о которых можно лишь косвенно судить по коррелятным им аккумуляциям. Более надежно можно установить действующие или действовавшие процессы эволюции ДР, исходя из облика форм, специфики действия процессов сноса и вещественного состава деятельного слоя и коррелятных отложений. Но эта информация не имеет отношения к генезису образования форм ДР, который может быть определен всегда как тектоно-денудационный или денудационный. Последний относится к образованию в ДР несогласий. Дополнительно при анализе ДР следует указывать на генезис современного или на следы более древнего Формирования (эволюции) ДР, что устанавливается более строго.

Оценивая генезис образования Д-форм, приходим к выводу, что он един почти для всех их -- тектоно-денудационный, Уточнения его невозможны и неуместны, т.к. в современном состоянии Д-формы являются лишь копиями первичных форм. Более точно мы можем судить о современном генетическом состоянии форм и способах их эволюции, исходя из форм проявления действующих на них денудационных процессов.

Из вышеизложенного очевиден вывод, что пространственно-временную структуру рельефа объективно и строго фиксирует в основном ДР, а его динамико-генетическую функцию -- АР, и они по разному соотносятся в пространстве.

Необходимо помнить, что предложенные аксиомы и принципы -- суть теоретические категории, абстрагирующие геоморфологическую реальность. Но они крайне необходимы для анализа рельефа, введены дедуктивно, не противоречат формальной логике и практике.

Рельеф -- это совокупность Форм земной поверхности, это свойство частей литосферы приобретать ту или иную форму во внешнем пространстве. Силы, действующие на литосферу и ее рельеф, одни и те же. Но литосфера вещественна, а рельеф -- плоскость, поверхность, поле. По отношению к ландшафтам рельеф -- форма (геометрия) размещения всяких ландшафтов на земной поверхности. Поэтому на картах ландшафтов рельеф необходимо показывать как фон, топооснову.

Литосфера и рельеф -- объекты взаимосвязанные, это, образно говоря, две стороны одной медали -- геологического развития Земли, Главные действующие процессы образуют здесь единый замкнутый цикл, динамика которого «зависит от величины приложения внешней (гравитация, инсоляция) энергии. Как мы уже говорили, ее усиление вызывает разуплотнение в литосфере и поднятие земной поверхности. Это активизирует денудацию поднятий, денудация усиливает аккумуляцию в понижениях поверхности Земли, аккумуляция усиливает уплотнение недр, уплотнение -- разуплотнение, и все может повторяться в той же последовательности.

Изучая литосферу и рельеф раздельно и независимо, а затем сравнивая и сопоставляя между собой, мы можем наиболее полно и объективно восс[И49]тановить истории развития географической среды в далеком прошлом, выявить закономерность, периодичность и направленность этого развития и суметь понять его будущее, т.е. дать прогноз. Самое важное в этом то, что изучение истории развития по последовательности горных пород литосферы и по последовательности денудационных форм рельефа обеспечивает строгий взаимный контроль и делает наши знания более достоверными. Данные по рельефу и литосфере очень хорошо дополняют друг друга. Например, воздымающаяся горная система, разрезаемая денудацией, наглядно представляет нам внутреннее строение и истории слагающей поднятие литосферы. Но с того момента, как этот участок литосферы начал воздыматься и разрушаться денудационными процессами, у нас ре нет больше информации в литосфере о том, что с ним происходило, т.к. вещество здесь уже не отлагается, а сносится. Вот тут на помощь и приходит денудационный рельеф. Именно в его структуре и записана последующая история воздымающихся участков (гор, плато и др.).

Она же записывается и в окружающих горы впадинах, где наслаиваются друг на друга продукты разрушения возвышений. При этом горные породы своим составом и структурой показывают, в какой среде (водной, воздушной, ледяной, грязекаменной) и каким способом они образовывались; они содержат остатки живших в момент своего образования животных и растений, указывают на химическую среду накопления. Т.е., в конечном итоге, они содержат информацию о наличии в данном месте какого-либо типа ландшафта. Например, озера мелководного с обильной фауной и флорой или ледника, отлагавшего донную морену, или песчаной пустыни. Нарушения в строении горных пород указывают на то, что в какой-то период здесь шли мощные землетрясения, вулканизм, гидротермальная деятельность, образование рудных тел.

Таким образом, литосфера и ее рельеф -- это не только компоненты и часть географического пространства, не только самостоятельный тип ландшафта, но и единственно возможная на Земле "летопись" истории развития окружающей среды. Все особенности ее климата, атмосферы, гидросферы, биосферы, окружающего Космоса, геологических процессов, геофизических полей так или иначе, но фиксируются в литосфере Земли и ее рельефе. Они наш единственный исторический документ, по которому можно понять, какая была окружающая среда, как она развивалась, почему является сейчас такой, а не иной, каковы пути ее дальнейшего развития и как нам, людям надо себя в ней вести, чтобы продолжала она быть для нас родным домом.[И50]

Глава 4. ОБЩАЯ СТРУКТУРА И ФУНКЦИЯ МОРФОЛИТОГЕНЕЗА ЛИТОСФЕРЫ. ОСНОВНЫЕ КЛАССИФИКАЦИИ ФОРМ РЕЛЬЕФА И ОТЛОЖЕНИЙ

4.1. Ранжирование форм рельефа литосферы

После того как мы определились с основными понятиями и законами геоморфологии и геологии следует уяснить, каковы разновидности процессов образования форм рельефа и отложений, как они распределены в пространстве и как функционируют. Совокупность процессов образования форм рельефа и отложений называют обычно "морфолитогенезем", Понять структуру и Функцию морфолитогенеза и создаваемые им формы легче •-. самого простого, с выделения самых малых форм, окружающих нас и доступных нашему непосредственному созерцанию-восприятию. Известно, что малые формы, сочетаясь друг с другом, генерализуются в более крупные, те, в свою очередь - еще в более крупные, и большие формы зачастую невозможно воспринять непосредственно (увидеть целиком). Приходится делать снимки из космоса или создавать топографические карты, на которых огромные формы и морфокомплексы, становясь миллионократно уменьшенной моделью, начинают восприниматься нами как геоморфологическая целостность и однородность. Путь познания крупных Форм гораздо более сложный, чем малых, поэтому не следует ставить "телегу впереди лошади", как зачастую это делается во многих наших учебниках, начинающих характеристику рельефа Земли с самых крупных форм, а надо начать этот путь с малого и простого.

В геоморфологических словарях указано, что небольшие формы поверхности Земли следует обобщенно называть микроформами и мезоформами. Эти понятия исследователи определяют таким образом, "Мезоформы -- формы рельефа, занимающие по размерам промежуточное положение между макро- и микрорельефом -- это холмы, дюны, котловины, долины малых рек и др., которые возникают исключительно под воздействием экзогенных процессов... Микроформы -- мелкие формы рельефа с размерами до нескольких метров высоты и сотен метров по латерали, преимущественно экзогенного происхождения" (Терминология..., 1977).

Эти определения неудачны. Из них непонятно, как определяются размеры форм, ведь их нужно выделять в рельефе и на картах формально строго и точно. Генезис форм может быть самый различный и от размера их он не зависит, К тому же подобные определения не соответствуют формальному определению форм рельефа как поверхностей, не имеющих в своих пределах кривизны.

Если исходить из нашего понятия "форма рельефа" и необходимости четко разделять формы по размерам и генерализовывать их, то в основу выделения форм надо положить их рисовку на разномасштабных топографических картах. Ведь участок, не имеющий кривизны, т.е. форма рельефа,[И51] выделяется прежде всего в рисунке изогипс карты, в их одинаковом заложении и прямолинейности, а масштаб карты дает нам необходимую степень генерализации рельефа, ибо на реальной местности мы можем дробить рельеф на формы чуть ли не до размера частиц отложений, по которым образован рельеф. Выделение форм рельефа на картах, к тому же, и самое точное; ведь на карте представлен достаточно точно измеренный рельеф, а наши визуальные оценки рельефа на местности всегда менее точны. Из-за разной удаленности частей форм и разных форм от наших глаз, разной остроты зрения, восприятия перспективы, погодных условий и т.д. мы всегда отражаем рельеф искаженно. И будет просто глупо, имея точные измерения рельефа и топокарты на всю территорию суши, ходить по местности и выделять формы визуально. Будет правильнее и полезнее их опознавать и дополнительно изучать на местности, так сказать, в натуре. Но выделять формы рельефа сначала и обязательно необходимо на топографической карте.

Деление форм по размерам, конечно, условно и пусть оно четко и строго задается принятыми у топографов масштабами карт.

Итак, микроформы рельефа -- это формы, выделяющиеся как однородности, не имеющие кривизны на картах и топопланах масштаба 1:10000-1:100000. Мезоформы -- формы, выделяющиеся на картах масштаба 1:100000-1:1000000. Высота сечения изогипс, по которым выделяем мы формы, должна быть в 5 раз меньше принятого масштаба (вертикальный масштаб в 5 раз крупнее горизонтального), в таком сечении еще виден на одномасштабном профиле наклон формы между двумя смежными изогипсами; меньшее сечение не позволяет этого увидеть. Для микроформ сечение изогипс должно быть 2-10 м, для мезоформ -- 20-100 м и т.д. В таком понимании легко выделять формы в рельефе, выделение идет безошибочно и определяется точностью топографической основы. Дополнительно следует выделить наноформы -- самые малые, выделяющиеся на планах крупнее 1:10000, и формы-грани поверхности обломочных частиц литосферы, а также макроформы, мега- и планетарные морфокомплексы соответственно в масштабах 1:1000000-1:10000000, 1:10000000-100000000 и мельче 1:100000000.

Следует подчеркнуть, что сложные сочетания форм рельефа (морфокомплексы) правильнее составлять из форм того же ранга. Иначе говоря, мезорельеф гор или долин будет состоять только из мезоформ, но не из микроформ. Микроформы будут составлять только микрорельеф.

4.2. Механизм, кинематика и виды денудационных процессов

Что такое формы рельефа и горные породы мы уяснили. Какова кинематика их образования -- установили формально-логически. Теперь важно оп[И52]ределить, под действием каких реальных процессов и движущих сред они образуются, и как все это происходит в реальной Природе. Здесь нам на помощь придут прежде всего эмпирические наблюдения. Еще издревле люди видели, что движущаяся река или ледник производят огромную работу по разрушению земной тверди и перемещению обломочного материала. Причем с одних мест они его выносят, а на других откладывают, создавая относительно небольшие, доступные непосредственному осмотру формы рельефа и отложения (микро-и мезоформы). Люди видели, что подобную работу выполняет ветер, морской прибой, движущийся поток рыхлых отложений, вулканические извержения, землетрясения и др. Иначе говоря, формы рельефа и горные породы создаются посредством многих зкзогенных (внешних) и эндогенных (внутренних, в недрах) процессов, в различных природных обстановках и средах. Они создаются в обстановках сухого и влажного, холодного и жаркого климатов; в среде водной и воздушной, ледяной и грунтовой; в среде расплавов и растворов.

Б этом многообразии факторов, сред, процессов очень легко запутаться и мы действительно запутались, ибо пока так и не удалось создать, на мой взгляд, формально приемлемой классификации различных форм, и картируем мы их по разному (существует более десятка советских и зарубежных школ геоморфологического картографирования).

Однако надо пробовать наводить в этих делах необходимый и возможный порядок» Формально говоря, задачей классифицирования и районирования является четкое и точное деление множества вещей на дискретные (обособленные) группы, связанные между собой направленным поведением общих свойств вещей, организованные согласно этим свойствам в пространственно-динамические последовательности и разделенные в этих последовательностях качественными изменениями структуры и свойств вещей. Мною предлагается вариант решения этой задачи применительно к морфолитогенезу ери. Что для этого необходимо? Прежде всего необходим понятийный аппарат, характеризующий наш объект - предмет исследования. Основы его у нас созданы. Далее, применительно к поставленной задаче необходимо разделить части объекта на главные группы, отличающиеся друг от друга принципиально разными способами образования, их две: созданные посредством сноса вещества (денудации) и посредством накопления вещества в каком-либо месте (аккумуляции). Каждую группу необходимо анализировать отдельно.

Кинематику образования денудационных форм мы рассмотрели ранее (глава 3) и выяснили, что образование Д-Форм происходит разрывом сплошности литосферы и переоформлением этого разрыва денудацией. Оно состоит из двух групп процессов: разрыва и сноса вещества. Последняя, по сути своей, является разновидностью первой, т.к. снос частиц -- это прежде всего их отрыв от литосферы. Но в чем же отличие этих групп? В том, что вторая всегда является следствием первой. Первая создается[И53] изменениями в земных недрах, вторая -- с помощью внешних к литосфере сред и силы тяжести, результирующая величина которой увеличивается с ростом крутизны и высоты форм.

Каковы разновидности этих процессов? Согласно геологическим данным и непосредственным наблюдениям, разрывы литосферы и появления в рельефе новых Форм происходят в результате Фазовых переходов вещества недр (таяния-замерзания, растворения-кристаллизации, расплавления-кристаллизации, испарения-конденсации-кристаллизации), иначе говоря, в ходе действия и борьбы двух процессов -- уплотнения и разуплотнения, о которых мы уже говорили. Именно в результате их совместного действия на каком-либо участке в одном месте вещество уплотняется, в другом разуплотняется, но только на границе действия этих процессов возникает разрыв. Действуя по отдельности, уплотнение не способно создать разрыв, а разуплотнение способно произвести лишь отрыв (дробление) вещества земных недр, но не "зачать" денудационную форму. Действие обоих процессов направлено по вертикали и поэтому формы возникающих разрывов литосферы (скалывания и отрыва) обычно круче 40-45°, а чаще субвертикальны.

Снос частиц вещества с поверхности (денудация) всегда происходит с помощью их отрыва от сплошности вещества и всегда имеет горизонтальную составляющую направления действия сил и смещения. Перемещение вещества на поверхности идет двумя путями: путем отрыва частиц движущейся внешней средой (льдом, водой, воздухом) и путем движения совокупности твердых частиц как подвижной среды. Последнее происходит на крутонаклонных поверхностях при изменении свойств вещества, которое при температурных колебаниях, изменении влажности и подземных толчках периодически теряет равновесие на склоне и движется вниз под действием силы тяжести в виде потока вещества, совершая множество кратковременных отрывов частиц на контакте с неподвижными породами и относительно друг друга. Это движение твердых частиц в принципе сходно с движением жидкости, идет ламинарно или турбулентно, дискретно-неравномерно на фоне "непрерывного" течения и способно само, как движущаяся среда, производить (в зависимости от своей мощности) работу по отрыву частиц от неподвижного ложа, а при остановке движения - образовывать аккумулятивные морфокомплексы.

Данный вид движения-сноса объединяют обычно в группу гравитационных склоновых процессов, представленных динамическим рядом: медленное неравномерное перемещение (десерпция, крип) -- 0,1-0,0001 мм/год; перемещение с помощью фазовых изменений жидкой составляющей грунта (дефлюкция, солифлюкция) -- 100-0,1 мм/год; скольжение-оползание блока пород по ложу (оползни) -- 100-0,1 м/год; вязкое течение (оползни-потоки) -- 1-0,001 м/сек; скатывание, падение (лавины и грязевые сели, обвалы) -- 1000-1 м/сек). Первые два процесса охватывают наклонные формы повсеместно, остальные проявляются в пространстве локально, а два последних[И54] -- и очень кратковременно. Все эти процессы имеют свои существенные физические отличия и, основываясь на законах механики, гидравлики, теплофизики, могут быть математически описаны.

Отрыв частиц движущейся внешней средой идет тремя способами: 1. с помощью ударов и трения движимых средой твердых частиц и трения самой среды о поверхность литосферы (согласно законам механики); 2. в результате создания резких перепадов давления среды вокруг неровностей литосферы в ходе движения этой среды (по закону Бернулли); 3. в результате химического отрыва-растворения (расплавления, испарения) частиц в среде (третий можно рассматривать и как разновидность первого способа). Эмпирические наблюдения показали, что в условиях действия какой-либо среды первый ее процесс работает на сглаживание-шлифовку неровностей-выступов литосферы (их выравнивание), второй, наоборот, поддерживает шероховатость и неровность литосферы, третий действует избирательно, согласно свойствам растворимости литосферы и ее состоянию. Механизм действия первых двух процессов следует описать специально, т.к. их комплексной характеристики обычно нет в учебниках и даже в специальной геологической литературе.

Что же происходит на контакте "движущаяся среда -- шероховатое ложе"? Набегающий на выступ ложа поток среды ударяет в выступ, скользит по нему, огибает его выпуклую к направлению движения часть (рис. 16), расходуя энергию на преодоление трения вокруг этой части выступа и создавая лобовое давление на нее, складывающееся из "гидростатического" давления (пропорционального толщине среды) и давления струи на выступ (пропорционально ее скорости). В этой ситуации среда и выступ входят в непосредственный физический контакт. Подвижная среда, перемещаясь по поверхности неподвижного выступа, не может делать этого без трения, потому что она постоянно вступает в химические связи с поверхностью вещества выступа (почти непрерывно "прилипает" к ней) и тут же очень коротко рвет эти связи, т.к. движется. Этот разрыв связей часто сопровождается отрывом мелких частиц вещества выступа. Чем неровнее выступ, тем сильнее трение среды о него. Она сильнее "зацепляется" за резко выступающие его формы, сильнее действует на них, быстрее их истирает (шлифует и царапает) и в конечном счете стремится сгладить все шероховатости выступа, чтобы испытывать наименьшее трение и энергозатраты при скольжении по нему -- ведь стремление производить действие с наименьшими затратами энергии -- это основной закон работы любого природного процесса. И любая среда при своем перемещении (работе) следует ему, преобразовывая для этого форму своего контакта с относительно неподвижными средами, сглаживая их поверхность путем отрыва и выноса вещества всех трущихся о нее выступов и уничтожая последние. Эти типы-виды процессов мы назовем "абразия" (шлифовка) и "корразия" (царапанье).[И55]

К примеру, поток глубиной 10 м, с уклоном 0,001, ускоряющийся на 1 м/сек², создаст на участок дна высотой 1 м и площадью 1 м² силу отрыва F_отр>110 т или >11 кг/см², достаточную для разрыва скальной породы.

Рис. 16. Формы-способы денудационных процессов в движущейся среде. а,б – виды воздействия среды в профиле и в плане на выступы литосферы; в – распределение на выступе зон действия форм-способов процессов и их морфологическое выражение; г – кинематическая и динамическая схема реализации плакинга-отрыва.

Они действуют при непосредственном контакте движущейся среды и ложа, которое возможно лишь на поверхности выступа, обращенной навстречу движения среды (проксимальной). Но у любого выступа всегда имеется и другая поверхность, скрытая от постоянного натекания среды ("теневая" или дистальная поверхность). Иначе говоря, поверхность, к которой среда при движении не прижимается, а наоборот, стремится от нее оторваться. Это происходит в месте изменения ориентировки форм поверхности выступа, на его выпуклых перегибах (рис. 16). Здесь начинает работать вторая группа процессов. Но что же тут происходит?...

В зэтих местах ранее скользившая трущаяся, но обязательно прилипавшая к поверхности выступа среда начинает от него отрываться ("убегать" от него), полностью рвать химические связи с ним, для чего необходимо приложение больших сил (их дает движение среды). Между неподвижной поверхностью и подвижной средой может возникать "пустое" пространство, почти вакуум, давление в котором падает до нуля, тогда как и сама окружающая среда» и вещество литосферы имеют собственное внутреннее давление огромной силы. И если рядом с ними возникает пространство с очень малым давлением, то обе эти субстанций направляют силы своего внутреннего давления в это пространство и производят мгновенный мощный удар -- упругую волну, которая разрушает и дробит вещество литосферы. И собственно отрыв среды от ложа, и барический удар направлены на разрушение ложа и действуют одновременно.

Это явление в гидравлике называют "кавитацией". В водной среде визуально оно проявляется образованием множества мелких воздушных пузырьков отрыва, которые, возникая, создают и микроудары. Кавитация усиливается с увеличением скорости движения среды, т.к. последнее увеличивает силы, направленные на отрыв. В качестве примера действия кавитации можно привести разрушение отшлифованных металлических лопастей винтов кораблей. Быстро вращающиеся в воде винты изнашиваются уже через несколько месяцев своей эксплуатации. Однако в Природе масштабы кавитации более разнообразны; действующие среды бывают мощнее (водопады) и действуют на формы ложа обширнее. И кавитация здесь иногда (в условиях быстрых и мощных потоков) проявляется уже не в форме мелких полостей-пузырьков, а в виде крупных полостей с размерами в десятки метров, обладающих колоссальной силой отрыва и удара. Такая кавитация вырывает из литосферы уже не микрочастицы, а блоки пород до нескольких метров в поперечнике» по моим данным -- до 20-30 м (Бутвиловский, 1933). Явление столь мощной кавитации, отрывающей обломки более 0,1 м и создающей с дистальной стороны выступов литосферы ступенчато-котловинный нано-микрорельеф с "рваными" различно ориентированными формами, следует назвать особым термином. В англоязычной литературе подобное явление в ледниковой среде называют "плакинг". Придадим данному термину значение общего для всех сред, способных производить это явление.[И56]

Термин "кавитация" оставим в более узком гидравлическом понимании -- как разрушение сплошности литосферы микроотрывами и микроударами, визуально создающее в дистальной стороне уступов очень малые разноориентированные формы (очень мелкую ямчатость).

Когда динамика среды недостаточна, чтобы производить отрывы в дистальных частях выступов, здесь обычно всегда возникают вихревые движения с разноориентированными осями вращения (вальцы, водовороты) (Гидравлика, 1980). Эти вихри способны захватывать различные обломки (согласно своей скорости) и быстро вращать их прямо по поверхности дистальной части выступа, производя его истирание и создавая в нем углубление -- котел или желоб высверливания. Данное явление широко развито в низкоплотных подвижных средах и называется "эворзия".

Подчеркну, что и плакинг, и кавитация, и эворзия направлены на разрушение выступов литосферы с дистальных к направлению движения сред сторон. Иначе говоря, разрушение направлено в противоположную движению сред сторону, как бы "пятится" назад, отступает (и при этом, как мы установили ранее, формы ДР отступают подобно самим себе). Иначе этот процесс называют "регрессивная денудация", а при действии водной среды -- "регрессивная эрозия". Ясно, что чем интенсивнее и мощнее динамика движения сред, тем быстрее идут денудационные процессы -- усиливается плакинг, кавитация, эворзия и корразия. Первые три самоподдерживают крутонаклонные дметальные формы литосферы и производят основную работу по разрушению и сносу, а корразия и абразия шлифуют проксимальные и очень пологие дистальные формы, проявляясь в рельефе наиболее ярко в условиях меньшей динамики среды. Если динамика среды очень высока, то и на пологих поверхностях, в том числе и проксимальных, корразия уступает место первым трем процессам, потому что в таких условиях среда стремится оторваться от любых поверхностей.

С процессами перемещения среды и ее воздействия на ложе неразрывно связано и перемещение обломочного рыхлого материала. На отдельно лежащие частицы (песок, валуны) или их группы среда действует точно также, как и на выступы монолитной литосферы -- по разному на их проксимальные и дистальные части. Но в отличие от монолитной литосферы, при действии сил отрыва обломки обычно отрываются от грунта целиком, а не частями» потому что для разрыва межмолекулярных связей вещества обломка необходимо приложение очень мощных сил, многократно превышающих вес самого обломка. Только вес крупных глыб может превышать силу, необходимую для отрыва от них частей и такие глыбы обычно не перемещаются средой, а разрушаются на месте до размера и веса, достаточного для их перемещения целиком (для ледниковой среды -- 100-10 м, для водной -- менее 10-1 м, для воздушной – 0,1-0,01 м). Надо отметить, что сами формы обломков и их размеры создают вокруг себя более эффективные для своего перемещения режимы сред. Чем крупнее обломки, тем динамичнее (турбулентнее)[И57] вокруг них среда (при прочих равных условиях). А среда стремится изменить форму и размеры обломков, измельчить и округлить их, сделать их менее шероховатыми, компактно их уложить, чтобы как можно меньше расходовать энергии при движении по их поверхности.

Силы отрыва, возникающие в дистальных частях обломков как бы "тащат" обломки за собой (как на буксире), иначе говоря, среда перемещает обломки, не толкая их перед собой, а волоча за собой, потому что силы отрыва среды в дистальных частях частиц на несколько порядков больше сил трения и давления ее на их проксимальные части. В качестве наглядного примера именно такого способа перемещения средами обломочного материала можно привести движение автомобиля по пыльной дороге. Толкаемый автомобилем воздух впереди машины пыль не перемещает, вся она подхватывается и транспортируется сзади машины, в зоне дистальных разряжений и завихрений среды. Машина как движитель тащит пыль за собой, а не толкает ее перед собой. Также действуют и природные среды.

Денудационное воздействие различных природных сред и условий обозначено в научной литературе специальными терминами. Выделяют эрозию -- отрыв и снос вещества литосферы текущей водой; экзарацию -- то же, но ледником, дефляцию -- ветром, абразию -- волновым прибоем, денудацию -- снос склоновыми процессами, карст -- растворением пород водой, суффозию -- вынос нерастворимых частиц из грунта подземными водами (последние два -- разновидность эрозии). Не все эти термины удачны. Я полагаю, что все они заменяемы одним общим -- "денудация". Но для уточнения вида действовавшей среды следует сохранить некоторые из них. Например, термины "экзарация, эрозия, дефляция, карст". "Абразия" и "денудация" (как склоновый процесс) излишни, создают терминологическую путаницу, тем более что собственно разновидности склоновых процессов имеют свою терминологию (дефлюкция-десерпция, солифлюкция, оползание, оплывание, обваливание, осыпание).

Особым является процесс выветривания пород (элювиальный процесс). Но несмотря на то, что он способствует отрыву частиц от сплошности пород (гидратация, гидролиз, растворение, дробление), его правильнее считать разновидностью процессов разуплотнения литосферы. В чистом виде выветривание подготавливает субстрат литосферы к перемещению, делая породы рыхлыми прямо на месте без их горизонтального смещения. В итоге формируется кора выветривания -- максимально разуплотненный, физически и химически преобразованный субстрат литосферы. Если бы не было сноса кор выветривания, то разуплотнение пород в ходе выветривания увеличило бы объем 1 м³ гранита во многие десятки раз, известняка -- в несколько раз, а кварцевого конгломерата -- на несколько процентов.

Выделяются химические и физические процессы разрушения связности субстрата. Среди химических -- окисление, гидратация, растворение, гид[И58]ролиз. Физические процессы обусловлены температурными колебаниями в горных породах. Выделяют: 1. морозное выветривание, когда разрушающей силой становится фазовый переход замкнутых объемов воды, содержащейся в трещинах, в лед, сопровождаемый резким расширением своего объема; 2. солевое выветривание имеет сходный тип действия - в трещинах и порах горных пород при неоднократном высыхании содержащихся в них растворов растут кристаллы солей, они раздвигают трещины и дробят обломки; 3. собственно температурное выветривание, связанное с разным объемным расширением минералов при нагревании и охлаждении.

4.3. Механизм, виды и способы аккумулятивных процессов

Теперь рассмотрим способы образования аккумулятивных форм. Как мы уже говорили, аккумулятивный рельеф создается отлагающимся веществом и конформен структуре вещества. Следовательно, процесс (способ) отложения собственно вещества (горной породы) -- это одновременно и процесс оформления поверхности вещества (рельефа). Они не разделимы и образуют целостные "морфолитокомплексы". Зная способ отложения вещества, мы знаем и способ образования его внешней формы. Способы отложения вещества -- процессы физические и химические. Они общеизвестны и имеют 5 качественно различных механических и 2 химических форм;

1. Осаждение отдельных частиц твердого вещества из пластичных, жидких, газообразных сред опусканием по вертикали (механическое и химическое осаждение "взвеси" из газа, раствора и расплава).

2. Осаждение (остановка) отдельных горизонтально перемещавшихся частиц качением.

3. Осаждение движущегося качением и сальтацией (скачками вверх на некоторое расстояние) слоя частиц мощностью в одну частицу.

4. Осаждение движущегося волочением слоя мощностью более двух частиц (с участием качения, сальтации, "взвешивания" частиц),

5. Осаждение осыпанием (скатыванием, скольжением, оползанием) частиц по углу естественного откоса.

Примерами их действия являются осаждение глины или извести в озере (1 способ), грязекаменный селевой поток (4-й способ), пересыпание песчаного бархана ветром (3 способ) и др. В принципе, все эти способы можно объединить в две группы; осаждение частиц по вертикали и осаждение их при смещении по горизонтали.

Если осаждение частицы произошло на горизонтальную поверхность, то она обычно не смещается, остается в покое; если на наклонную, крутизна[И59] которой больше угла естественного откоса в данной среде, то она испытывает перемещение в виде качения вниз по уклону. Поэтому горизонтальные поверхности АР создаются обычно осаждением из сред и растворов, наклонные -- качением и движением толщ. Движителями последних являются сила тяжести и подвижные среды: пластичные, жидкие и газообразные, динамика которых создает различные виды-способы перемещения обломков. Перемещение -- по сути, денудационный процесс и одновременно составная часть аккумулятивного, его подготовка, прообраз. Перемещение и аккумуляцию целесообразно рассматривать совместно.

Химическое осаждение вещества из растворов и расплавов с одной стороны является особым процессом, но с другой -- во многом аналогично 1-му способу механического осаждения. Аккумуляция химическим способом идет не только в результате химической реакции и присоединения ионов растворов и расплавов к кристаллической твердой поверхности, но и в результате кристаллизации твердых частиц в самом растворе или расплаве, их последующего гравитационного осаждения и химического присоединения к твердой поверхности. Это происходит и при испарении растворов и кристаллизации расплавов.

В качестве примера химического накопления с гравитационным перераспределением -- осаждением вещества можно привести ликвационные процессы в ходе кристаллизации магматических расплавов. Образующиеся в жидкой магме зерна различных минералов "тонут" в расплаве с разной скоростью (согласно своему удельному весу) и образуют расслоенные по минеральному составу интрузии, в которых тяжелые основные породы залегают внизу, а в верхней части наблюдаются легкие кислые породы.

Принципиальным отличием химической аккумуляции от механической является возможность осаждения вещества на поверхности любой крутизны, в том числе вертикальной и отрицательной. На последние осадок отлагается обычно в недрах и существенного проявления в рельефе литосферы не имеет.

Рельеф, возникающий в ходе действия разных способов механического перемещения-осаждения обломочного материала, можно представить на примере работы водной среды. Режимы ее движения таковы: 1. стратификация (малоподвижный, неподвижный) -- осаждение взвесей; 2. режим гладкой фазы (ламинарный, переходный к турбулентному) -- качение отдельных частиц; 3. режим грядовой фазы (спокойный турбулентный) -- групповое качение и сальтация частиц; 4. режим массового качения-волочения (турбулентный сверхкритический) -- волочение толщи слоем мощностью более двух частиц; 5. зоны перехода подвижных участков вод водоемов в малоподвижные -- насыпание частиц по углу естественного откоса.

Каждое динамическое состояние водных масс создает особую текстуру-структуру веществ, выпадающих в осадок, и как следствие -- особый рельеф их поверхности (рис. 17). Все эти способы четко отличаются друг[И60] от друга и в последовательности от первого к пятому образуют строгие морфологические, динамические и вещественные текстурно-структурные ряды в АР. Первый способ создает субгоризонтальные формы АР, малодинамичен, текстура осадка массивная, структура пелитовая (глинисто-илистая); второй -- слабонаклонные формы продольной к движению среды ориентировки, динамический режим гладкой Фазы, текстура субгоризонтально слоистая, структура мелкозернистая; третий -- противоположно наклонные Формы поперечной к движению ориентировки, режим грядовой фазы, косослоистые текстуры, структуры среднезернистые; четвертый -- разнонаклонные формы, режим массового волочения, интенсивная динамика, обратнорадационная слоистость, структура крупнозернистая, "порфировидная"; пятый -- крутонаклонные формы, контрастная динамика, крутонаклонная слоистость, структура разнозернистая. В данной последовательности направленно растет крутизна форм, средняя крупность частиц отложений, динамика среды, скачками качественно меняется текстура вещества и ориентировка форм рельефа.

 

Рис. 17. Формы профилей поверхности и текстуры отложений пяти способов аккумуляции (а -- мелкообломочных частиц, б -- крупнообломочных)

 

Все эти 5 способов осаждения вещества и образования аккумулятивных Форм свойственны не только водной среде и водным потокам, но и ледниковому, и эоловому морфолитогенезу. Их можно количественно рассчитывать, используя законы, физики и химии.

4.4. Структура общей генетической классификации рельефа

Из вышеизложенного становятся понятны механизм, виды и физические способы денудации, перемещения и аккумуляции обломочного материала. Способы и виды перемещения материала -- это составная часть и денудации и аккумуляции. Способов перемещения пять, а видов -- два (падение вниз и подбрасывание вверх). Собственно видов денудации (отрыва) тоже пять (абразия, корразия, эворзия, кавитация, плакинг), а механических способов отрыва -- два (удар извне и удар изнутри). Чем плотнее среда и интенсивнее ее динамика, тем ярче проявляются на фоне первых вторые виды перемещения и способы отрыва (подбрасывание вверх и барические удары изнутри)

Эта закономерность обуславливает существование динамических и Физических рядов процессов денудации и перемещения вещества и морфологических рядов их внешнего проявления (морфокомплексов рельефа). В данном логическом следствии заложены основы общей генетической классификации форм и морфокомплексов рельефа (осложняющих более крупные формы рельефа). Становится очевидно, что классифицировать их нужно по двум главным группам признаков: по способам-видам действия процессов (через специфическое выражение в рельефе, т.е. по самому облику рельефа) и по типу (физическим свойствам) движущих сред. Эта классификационная мо[И61]дель дедуктивна, логична, эмпирически подтверждается современными явлениями, но ее приложение к реальному рельефу, следам действия процессов в далеком прошлом, их строгой диагностике будет иметь некоторые трудности, особенно при выявлении-оценке физических свойств палеосред. Поэтому нам еще предстоит определить критерии для генетической диагностики геолого-геоморфологических объектов в рамках этой классификации, область применения классификации, ее разрешающую способность и точность.

Следует отметить, что данная генетическая классификация будет отражать генезис образования аккумулятивных форм» но не денудационных, У последних можно определить генезис эволюции (развития) форм через морфологическое выражение действующих или действовавших процессов денудации. Собственно генезис образования ДФ всегда один -- тектоно-денудационный. Отсюда следует, что генетические классификации А-форм и Д-форм -- это обособленные друг от друга предметы, основанные на разных критериях выделения таксонов, имеющие несколько различные цели и задачи и области применения.

Как я уже отмечал, рельефообразование и эволюция форм осуществляется в конкретных внешних к литосфере средах и в движении этих сред» Выделяется в общем 3 типа сред-движителей рельефообразования: твердопластичная, жидкая и газообразная. Ими создаются и аккумулятивные, и денудационные формы рельефа, Установлено, что эти среды организованы вокруг рельефа в определенном порядке, и если следовать этому порядку, то тогда последовательно увяжется ряд свойств и сред, и условий рельефообразования. Сверху вниз в геоморфологическом пространстве строгие последовательные фазовые изменения проходит вода - главный компонент, определяющий консистенцию сред. Выделяется прежде всего суша и море (субаэральная и аквальная обстановки). На суше сверху вниз вода проходит превращения лед-жидкость-пар. В этом направлении выражена последовательность в динамике сред от медленной к быстрой (скорость льда -- десятки м/год, воды -- см-м/сек, ветра -- десятки м/сек). Их переносящая способность идет в обратном направлении - лед способен перемещать огромнейшие глыбы, вода -- валуны, ветер -- песок. В данном ряду последовательно меняются окружающие природные условия, свойства самих отложений и облик морфокомплексов рельефа и т.д., т.к., среды размещены зонально; в принципе, согласно географической климатической и ландшафтной зональности и поясности (рис. 18).

Рис. 18. Модель структуры геоморфологической зональности Земли

 

Из всего этого важно увидеть и понять, что среды и условия переноса и аккумуляции вещества закономерно расположены и закономерно сменяют друг друга в геоморфологическом пространстве. На самом верху и в полярных широтах действует ледниковая (гляциапьная) среда, ниже и ближе к тропикам -- водная (флювиальная, гумидная), и еще ниже (на побережье и в тропических пустынях) -- воздушная (эоловая гумидная и аридная). И[И62] не бывает так, чтобы их пространственный порядок был нарушен; ниже (южнее) ледниковой среды всегда действует водная, еще ниже в рельефе может проявиться действие эоловой. И нет такого, чтобы в пределах суши выше ледниковой располагалась водная среда или теплая обстановка находилась выше и "севернее" холодной.

В условиях каждой среды рельефообразование имеет свою специфику, создает специфичные формы рельефа и составы вещества как в АР, так и на ДР. О специфике каждых мы поговорим отдельно. Хотя можем и сейчас определенно сказать, в чем различие, к примеру, форм ледникового и эолового генезиса Конечно же, в структуре вещества РР и размерах форм ДР. Хотя виды-способы аккумуляции и денудации у них в принципе одинаковы -- те же 5.

Из вышеизложенного уже окончательно намечается, как следует строить генетико-динамические классификации форм АР и ДР. Во-первых, надо разделять формы по 5 способам образования и их 5 морфологическим типам, они одинаковы для всех. Но структура вещества форм и размеры форм при этом очень разные. Поэтому необходим еще один их классификационный разделитель -- это тип среды-движителя, который, как мы знаем, к тому же еще обладает строгой пространственной последовательностью, что позволит очень хорошо увязывать морфокомплексы в пространстве и определять недостающие компоненты при палеогеографических реконструкциях.

Итак, кроме 5 способов образования-эволюции мезо- и микроформ надо выделить и главные типы сред формообразования (ледниковую, водную и эоловую). Получается 50 главных генетико-динамических типов форм АР и ДР (табл. 6), несущих все главные свойства и особенности рельефа. Они образуют в пространстве рельефа непрерывные ряды от самых высоких гор до уровня моря и внутри моря. Формы рельефа названы пока предварительно, явно не все удачно. Их названия предстоит еще уточнять и следует хорошо продумать систему присвоения названий, потому что возникнут вопросы сохранения исторически сложившихся названий, сохранения приоритетов и традиций, Думается, что подобные вопросы следует решать коллективно, используя опыт решения подобных ситуаций в других науках.

Дополняют и осложняют эту классификационную структуру формы несколько иного типа и генезиса. Их можно назвать азональными. Определяют появление данных форм специфические процессы и условия окружающей среды. Например, где возможны вулканические процессы ?... Только на участках особого состояния литосферы. Как распределены эти участки на земной поверхности?... Обычно локально и совершенно независимо от существующей зональности рельефообразующих сред. Среды зональные, конечно, вносят свой отпечаток в вулканические процессы, но не определяют их. Например, в ледниковой зоне вулканические процессы сопровождаются мощным таянием накрывающих вулканы ледников, катастрофическими потоками (лахарами), лавинами, лавы здесь остывают быстрее, менее подвижны и[И63] т.д. Вулканизм в аридной зоне такими явлениями обычно не сопровождается.

 

Табл. 6. Генетическая классификация микрорельефа континентов и океанов

Рельефообразующие среды	Способы формирования, типы форм и морфокомплексов
	Аккумулятивный рельеф					Денудационный рельеф
	насыпание крутосклонные	волочение толщ холмисто-равнинные	качение-сальтация поперечно-грядовые	качение продольно-грядовые	вертикальное осаждение	абразия выровненный рельеф	корразия продольно-ложбинный	эворзия поперечно-ложбинный	кавитация котловинный	плакинг котловинно-ступенчатый
Гляциальная	насыпные морены, склоны	напорные морены	ребристые морены	флютинг морены, друмлины	абляционные морены-равнины	отшлифованные скалы	курчавые скалы, сельги	?	?	кары, цирки, уступы
Флювиальная	насыпные склоны, дельты	«глыбовые» шельфы	ленточные гряды, рябь	косы, побочни, валы	старично-пойменные равнины	отшлифованные скалы	продольно-ложбинный рельеф	котлы и ложбины высверливания		скебленд, ступенчато-котловинный
Эоловая	насыпные пирамиды, склоны, кольцевые дюны	гравийные шлейфы	барханы, параболические дюны, гряды	песчаные покровы, гривы	лессовые покровы-равнины	отшлифованные скалы	гривный рельеф	соты, кружева, дефляционные котловины	?	?
Волноприбойная	насыпные береговые валы, склоны	шлейфы каменные и мутьевые	подводные дюны и антидюны	вдольбереговые косы, валы	равнины-марши, лагуны	отшлифованные скалы	продольно-ложбинный рельеф, фестоны		ямчато-ячеистая поверхность	уступы, котловины, клифы
Бассейновая	насыпные подводные конусы	шлейфы мутьевых потоков	дюны и антидюны, рябь	продольно-грядовые покровы	аккумулятивные равнины	отшлифованные скалы	продольно-ложбинный рельеф	котлы и ложбины высверливания	ямчато-ячеистая поверхность	скебленд, ступенчато-котловинный
Импактная	насыпные валы, конусы, склоны	склоны-шлейфы волочения	?	?	равнины-шлейфы осаждения	отшлифованные скалы	грядово-ложбинный рельеф	?	?	ступенчато-котловинный, кратеры
Гравитационная	насыпные валы, склоны осыпепй	оползни, шлейфы течения-скольжения, курумы	?	?	равнины-шлейфы осыпного осаждения	отшлифованные скалы	грядово-ложбинный рельеф	?	?	ступенчато-котловинный, цирки отрыва
Инъекционная	насыпные и выдавленные конусы, бугры	склоны-шлейфы течения-волочения	?	?	равнины-шлейфы осаждения	отшлифованные скалы	грядово-ложбинный рельеф	?	?	ступенчато-котловинный, кальдеры, кратеры
Биогенная	конусы, бугры насыпания, построения	склоны-шельфы волочения-толккания	?	?	равнины-шлейфы осаждения-роста	отшлифованные скалы	грядово-ложбинный рельеф	?	?	ступенчато-котловинный, норы, ямы
Антропогенная	конусы, валы сооружения насыпания, построения	склоны-шельфы волочения-толккания	?	?	равнины-шлейфы осаждения-наложения	отшлифованные скалы	грядово-ложбинный рельеф	?	?	ступенчато-котловинный, шахты, карьеры

Как правило, азональное рельефообразование связано с особым состоянием недр и движениями в недрах, В принципе» все тектонические структуры, выраженные в рельефе возвышениями или понижениями, азональны и образуют независимо от зональности внешних сред возвышенный денудационный рельеф ("рождение" ДР происходит независимо от внешних сред, но образование и эволюция его идет под действием зональных сред).

Проведенное обобщение собственных полевых „наблюдений и имеющихся литературных данных показывает, что азональные А-формы и Д-формы создаются в какой-либо среде следующими движениями вещества литосферы под действием силы тяжести или против нее и делятся на типы:

1. Гравитационные -- созданы в результате движения частиц вниз под действием силы тяжести без существенного участия внешней среды. Подобные движения идут обычно на крутых склонах в различных гумидных и аридных условиях и создают формы способами волочения толщ, насыпания по углу естественного откоса и вертикальным осаждением-падением. Примеры -- осыпи, оползни, обвалы.

2. Инъекционные -- перемещения масс в литосфере связаны с фазовыми изменениями веществ и их объемов, а также с действием сил, выдавливающих вещество из недр вверх, против силы тяжести. Инъекционный тип движений литосферы задан ее особым состоянием в том или ином месте, и его проявление азонально структуре внешней среды. По типу инъекций можно составить закономерный энергетический ряд фазовых переходов веществ: от твердых холодных к жидким горячим и газовым раскаленным. Выделяются криогенные ледяные инъекции, литогенные грунтово-грязево-солевые, грязево-вулканические, состоящие из грязи, воды, нефти, газа; эффузивные -- из лавовых расплавов; эксплозивные взрывы раскаленных газов. Способы создания форм инъекциями представлены насыпным, волочением толщ, гравитационным осаждением.

3. Импактный тип воздействия -- это мощные удары тел извне в литосферу, ведущие к перемещению масс и рельефообразованию. Можно выделить следующие разновидности импактных ударных воздействий: криогенные лавинные, обвальные, астроблемные, образующие температурно-динамический ряд. Способы, образования Форм аналогичны инъекционным.

4. Особой группой форм микрорельефа и даже мезорельефа являются формы, созданные хозяйственной деятельностью человека. Они также азональны, но имеют и специфику зонального влияния. Человек сам способен создавать движущие среды, новые вещества, формы рельефа аккумулятивные и денудационные (насыпи, строения, карьеры и др.), Способы создания антропогенных форм -- насыпание, наложение-осаждение и волочение частиц.

5. Биогенные процессы также способны создавать различные морфокомп[И64]лексы с муравейники» термитники, торфяники, насыпи, ямы, плотины). Но их размеры обычно очень невелики и микроформы на суше встречаются довольно редко. Но тем не менее, они имеют место быть, и мы обязаны их учитывать. Способы образования А-форм вполне обычны -- насыпание, волочение, осаждение.

До сих пор мы говорили о микро- и мезоформах рельефа суши, но не нужно забывать, что 2/3 поверхности Земли закрыта водой и имеет подводный микро- и мезорельеф, который тоже является объектом геоморфологии, тоже требует изучения, и тоже важен для решения геоморфологических задач и хозяйственной деятельности человека. По сравнении с сушей данных о подводном рельефе собрано гораздо меньше, но тем не менее, их анализ и дедуктивные соображения позволяют предложить классификационную модель, близкую модели рельефа суши. В целом по отношению к суше море азонально и отделено от нее волно-прибойной и приливно-отливной геоморфологической зоной, которую необходимо рассматривать как особую и самостоятельную.

Необходимо отметить, что в подводном рельефе и морской аквальной среде предварительно можно выделить зональный ряд условий и созданных ими форм: гляциально-аквальные, аквальные, термогалинно-аквальные, в которых реализуются все пять способов рельефообразования и осадконакопления. Здесь выделяется также и азональный ряд форм, в принципе аналогичный суше; гравитационные, инъекционные, импактные, биогенные образования (последние здесь приобретают большую значимость) и уж, конечно же, антропогенные формы.

Подводный рельеф также делится на ДР и АР, но АР в нем явно преобладает, в то время как на ере преобладает ДР. Особенностью подводных аккумуляций является то, что их осадки, захороняясь, вещественно преобразуются слабо. Они подвергаются так называемому диагенезу-уплотнению -- превращению рыхлого, насыщенного водой осадка в твердую горную породу. Этот процесс идет обычно в восстановительной среде с дефицитом кислорода и в условиях слабого водообмена. Поэтому разлагающие химические изменения в осадке почти прекращаются, и он слабо вещественно изменяется.

На суше ситуация обратная. Горные породы и рыхлые осадки почти повсюду постоянно подвергаются выветриванию (или гипергенезу) на всем пути своего движения к морскому или крупному озерному бассейну. Они находятся в насыщенной кислородом среде, где очень подвижна вода и значительны температурные колебания, и поэтому постоянно подвергаются окислению, гидролизу, гидратации, растворению, механическому разрушению, меняя свой облик, размер и форму частиц, химический и минеральный состав. Именно процессы выветривания (вид которого зависит от условий окружающей среды) в значительной степени определяют внешний облик континентальных отложений, даже если отложения имеют разный способ обра[И65]зования, что убедительно показал в своей фундаментальной монографии Е.В. Шанцер (1960). Тем самым мы еще раз убеждаемся в большой значении внешних условий для морфолитогенеза, для формирования многих признаков осадков - цвета, химического и минерального состава» формы и размерности зерен (но не текстур). В зависимости от соотношения тепла и влаги можно выделить несколько континентальных обстановок, свойства которых задают облик осадков. Последний, в свою очередь, является диагностическим критерием для палеогеографических реконструкций этих обстановок.

Прежде всего обособляются гляциальная и эоловая обстановки морфолитогенеза. Внутри каждой из них можно выделить дополнительные Физические разновидности (ледники "теплые" и "холодные", эоловые процессы жарких пустынь и влажных побережий). Но они не столь существенны» чтобы принципиально изменять облик осадков этих сред. В отличие от них, обстановка действия флювиальной среды более сложна и ее разновидности существенно сказываются на облике осадков. В условиях суши прежде всего обособляются два главных ее типа: субаэральная (контакт литосферы и атмосферы, окислительные условия, свободный дренаж воды) и субаквальная (контакт литосферы и поверхностных застойных вод, окислительно-восстановительные условия).

И первый и второй типы представлены пятью разновидностями ландшафтно-климатических обстановок. В зависимости от соотношений тепла и влаги, в порядке увеличения тепла выделяются: 1. холодная гумидная перигляциально-приледниковая обстановка с наличием многолетней мерзлоты, снежников, тундрово-гольцовых и лесотундровых ландшафтов. 2. Умеренно-гумидная обстановка с сезонно-мерзлотными условиями и лесо-болотными, лесолуговыми ландшафтами. 3. Умеренно-семиаридная обстановка с сезонно-мерзлотными условиями и степными, лесостепными, полупустынными ландшафтами. 4. Теплая-семиаридная обстановка, ландшафты субтропических степей-саванн и полупустынь. 5. Теплая гумидная обстановка, ландшафты тропических лесов и болот,

В целом, рыхлые отложения, образованные на суше, по площади и объему на 99% представлены обломочными смесями, среди которых преобладают песчано-илистые и галечно-песчаные разности. Морские отложения литологически гораздо более разнообразны -- и обломочные, и хемогенные, и биогенные со своими многочисленными разновидностями -- глины, пески, галечники, соли, доломиты, известняки, диатомиты, ракушники, коралловые известняки, черные сланцы, глауконитовые пески и т.д.[И66]