Рельефообразующая роль тектонических движений мезо – кайнозоя

Лекция 3 РЕЛЬЕФООБРАЗУЮЩАЯ РОЛЬ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ МЕЗО – КАЙНОЗОЯ По времени проявления различают древние, новые, новейшие и современные тектонические движения. 3.1. ПЕРЕСТРОЙКА РЕЛЬЕФА НА ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОМ ЭТАПЕ Представления о геоморфологическом этапе в развитии Земли были разработаны на основе неомобилизма. Тектонические движения домезозойского возраста рассматриваются геоморфологами как древние, поскольку созданные ими геологические структуры практически не выражены в современном рельефе. На древних этапах развития материки сближались, океаны закрывались. На месте океанической коры формировалась материковая кора. С начала мезозоя начался обратный процесс – процесс раздвижения материков, разрастания и углубления океанических впадин за счет поглощения некоторых элементов древних материков. Особенно ярко этот процесс выразился при распаде Гондваны, когда образовались впадины современных Атлантического и Индийского океанов. В зонах влияния океанических впадин на суше происходила активизация тектонических движений, что выразилось в разрастании материков, усложнении их орографического плана, развитии эпиплатформенного орогенеза с образованием возрожденных гор и поднятии платформ. Процессы океанизации участков древней суши и тектонической активизации материков были новыми явлениями в истории Земли. Их своеобразие определило выделение мезо-кайнозойского отрезка времени как геоморфологического этапа (Герасимов, Мещеряков, 1964), являющегося особой, заключительной стадией развития Земли, итогом ее длительного догеологического и геологического развития продолжительностью 100-150 млн. лет. Этим названием И.П. Герасимов и Ю.А. Мещеряков подчеркивали, что на протяжении мезо - кайнозоя в главных чертах сформировался современный рельеф земной поверхности и современное распределение суши и моря. Тектонические движения геоморфологического этапа, создавшие геоструктуры, выраженные в современном рельефе, рассматривают как новые движения, следовательно, речь идет о новой тектонике, или морфотектонике. Особенно резко новые движения, как уже отмечалось, проявились в зонах влияния океанических впадин и выразились в образовании возрожденных гор и активизации платформ. Возрожденные горы формировались в пределах разновозрастных складчатых зон, которые испытали длительный период выравнивания, в результате чего на их месте образовались равнины. На геоморфологическом этапе наступила фаза горообразования. Если при первичном горообразовании (в областях геосинклиналей) ведущую роль играют складчатые деформации, то при вторичном горообразовании (возрождении гор) ведущими становятся разрывные дислокации, то есть движения по разломам. Роль разрывной тектоники зависит от жесткости земной коры, а значит от возраста складчатой зоны. В наибольшей степени движения по разломам сказывались при возрождении гор в пределах платформ (горы Прибайкалья, Забайкалья), где земная кора наиболее уплотнена. Образование возрожденных гор сопровождалось глубокой перестройкой земной коры и возникновением «корней гор», о чем свидетельствует повышенная мощность (60-70 км) земной коры в районах их распространения. Активизация платформ на геоморфологическом этапе выразилась в образовании высоких и низких платформ вне зависимости от их возраста. Раньше считали, что одновозрастные платформы имеют одинаковую высоту. При сравнении Русской и Сибирской платформ докембрийского возраста оказалось, что они различаются по гипсометрии: Русская платформа низкая, а Сибирская – высокая. Это явление объясняют тем, что Сибирская платформа находится в зоне влияния впадины Тихого океана. По другую сторону Тихоокеанской впадины прослеживаются возрожденные Скалистые горы и высокая западная часть Северо-Американской платформы, выраженная в рельефе Великими равнинами. Предполагают, что активизация платформ и вторичный орогенез, общее интенсивное поднятие частей материков в зоне влияния Тихого океана были компенсационными и вызывались прогрессивным углублением и расширением этой самой грандиозной впадины Земли и сопутствующим подтоком вещества верхней мантии под материки. Характерная для Южного океанического полушария общая приподнятость материков и господство высоких платформ также объясняется компенсационными поднятиями. С начала мезозоя наряду с расширением и углублением океанических впадин происходила перестройка структуры и рельефа внутри материков, формирование несогласных геоструктур и форм рельефа. В краевых зонах древних платформ и на гондванских платформах новые геоструктуры наследовали древние структуры. Во внутренних частях древних платформ Северного полушария произошла коренная перестройка древней структуры. Древние синеклизы начали испытывать тенденцию к поднятию, формированию положительных геоструктур, которые выражены в современном рельефе возвышенными равнинами. Антеклизы, напротив, начинали опускаться, формировались отрицательные геоструктуры, выраженные в рельефе относительно пониженными равнинами. Геоструктуры, развивающиеся несогласно с древними геологическими структурами, называют несогласными, обращенными или инверсионными. 3.2. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ РЕЛЬЕФА НА НЕОТЕКТОНИЧЕСКОМ И СОВРЕМЕННОМ ЭТАПАХ Движения неоген-четвертичного времени называют новейшими, или неотектоническими. Термин «новейшая тектоника», или «неотектоника» был предложен в 1937 г. С.С. Шульцем. По определению Н.И. Николаева, неотектоника – учение о тектонических процессах и обусловленных ими структурных формах, образовавшихся в неоген-четвертичное время (около 26 млн. лет) и определяющих основные черты современного рельефа поверхности земного шара. Неотектонический этап - завершающая часть геоморфологического этапа. Неотектоника является основой геоморфологии, так как понять строение, распределение в пространстве, особенности форм рельефа и коррелятных им рыхлых отложений можно только при выявлении связи этих форм и отложений с геологической структурой. Внимание к вопросам новейшей тектоники связано также с исследованиями проблем сейсмотектоники и изучением землетрясений. Неотектоника необходима не только геологическим наукам, но и географическим, потому что происхождение и развитие ландшафтов, миграции флоры, фауны и человека, изменения климата и многие другие явления и процессы в географической оболочке во многом зависят от формы и интенсивности движений земной коры в неоген-четвертичное время. Кроме теоретических разработок неотектоника имеет большое практическое значение, поскольку с неоген-четвертичными отложениями связано образование месторождений полезных ископаемых, формирование подземных вод и др. Тектонические движения неоген-четвертичного времени сыграли особенно важную роль в создании современного рельефа. К началу неогена система современных возвышенностей, низменностей и гор в одних областях была только намечена, в других – почти полностью сформирована. В неоген-четвертичное время в одних областях усилились контрасты рельефа, в других произошла частичная перестройка, а, например, в альпийском орогеническом поясе мезозойский рельеф был полностью перестроен. Его молодые горные хребты и межгорные впадины возникли в заключительную стадию развития геосинклинали, начавшуюся в миоцене. До этого здесь находились морские бассейны, разделенные островами. Тектонические движения рассматриваются как определенная реакция на состояние напряжения в земной коре. В конце неогена – начале четвертичного периода появился новый экзогенный фактор – мощный ледниковый покров. Покровные ледники мощностью до 3 км занимали большие площади и вызывали пластические деформации земной коры, которые сопровождались компенсационным перемещением масс под земной корой. Такие движения были названы гляциоизостатическими. Они связаны с перемещением масс вещества в верхних частях подкорового слоя и прослеживаются до глубины 700 км, то есть являются глубинными. Для районов материковых покровных оледенений возврат в равновесное состояние продолжается 11 тыс. лет. Для неотектонических движений характерно неравномерное развитие в пространстве и времени. Наиболее общей особенностью проявления новейших тектонических движений во времени является ритмичность в смене периодов относительного покоя периодами усиления движений. За неоген-четвертичный отрезок времени прослеживается три крупных ритма, которые проявлялись на более или менее значительных территориях. На рубеже палеогена и неогена (олигоцен-миоцен) преобладали поднятия, в плиоцене – опускания, в четвертичное время – поднятия, дифференцированные по крупным структурным неотектоническим элементам. Эта ритмичность отражается в перемещении береговых линий морей, в образовании речных террас, в формировании поверхностей выравнивания, в усилении и ослаблении процессов денудации-аккумуляции, в изменении климата и в явлениях оледенения, то есть ритмы неотектонических движений определяли фазы перестройки рельефа. В пространстве неотектонические движения осуществлялись в разном режиме. В одних местах режим носил колебательный (инверсионный) характер, то есть положительные движения сменялись компенсирующими их отрицательными движениями. В таких областях формировался равнинный рельеф с четвертичными отложениями небольшой мощности. В других местах наблюдался отрицательно направленный режим с преобладанием устойчивых опусканий. В этом случае также формировался равнинный рельеф, но пониженный, где накапливались четвертичные отложения большой мощности. Там, где прослеживался положительно направленный режим с преобладанием устойчивых поднятий, образовался горный рельеф. Все главные особенности современного рельефа определяются непрерывным взаимодействием двух факторов: тектонического и денудационно - аккумулятивного. Теоретически можно представить разные случаи соотношений тектонических (Т), денудационных (Д) и аккумулятивных процессов: 1. Тектонический фактор является преобладающим. Если при колебательных тектонических движениях преобладает положительная составляющая, то процессы денудации не успевают выравнивать создаваемые тектоникой неровности. В результате такого восходящего типа развития рельефа образуются горы (рис. 10а). + ∑ ± Т > Д+А При преобладании отрицательной составляющей колебательных тектонических движений процессы денудации и аккумуляции проявляются слабее и вырабатываются равнинные территории. Если прогибание не компенсируется аккумуляцией рыхлых отложений, то образуются глубокие впадины (рис. 10б), что возможно только в аридных зонах (например, Турфанская впадина глубиной -154 м). В условиях влажного климата впадины заполняются водой и возникают озера. -∑ ± Т > Д +А Такие случаи соотношений – преобладание положительных и отрицательных движений над процессами денудации и аккумуляции встречаются в областях интенсивного проявления новейшей тектоники с типичным горным рельефом. 2. При варианте равновесия между колебательными тектоническими движениями разного знака и денудационными процессами прогибание компенсируется накоплением рыхлых отложений, и образуются равнины разного типа (рис.10в) -∑ ± Т = Д + А 3. Процессы денудации и аккумуляции могут преобладать над положительно направленными колебательными тектоническими движениями (рис. 10г). +∑ ± Т < Д + А Во время приостановки роста гор, активно развивающиеся денудационные процессы сносят материал в понижения. Этот вариант соотношения тектонических и денудационных процессов рассматривается как нисходящий тип развития рельефа от высокогорного к низкогорному рельефу. При длительном развитии этого процесса образуется поверхность денудационного выравнивания – равнина типа пенеплена (см. гл. 4). Последние два случая встречаются при слабом проявлении неотектоники в областях с равнинным рельефом. Таким образом, разная интенсивность и направленность движений неотектонического этапа привела к образованию как крупных геоструктурных элементов горного рельефа, выраженных в его современной орографии, так и рельефа низких и высоких равнин. Рис. 10. Схема, иллюстрирующая взаимодействие тектонических (Т), денудационных (Д) и аккумулятивных (А) процессов (Николаев, 1962) Скорость неотектонических движений определяется по результатам движений разного знака как их суммарная амплитуда. Одним из основных методов оценки интенсивности неотектонических движений является метод анализа деформаций поверхностей выравнивания. Было допущено, что к началу неогена во многих районах земного шара преобладал нисходящий тип развития рельефа, что привело к образованию выровненной поверхности на абсолютной высоте около 100 м. Эта поверхность в дальнейшем была разорвана разломами на отдельные блоки, которые были подняты или опущены. Применение метода деформации поверхностей выравнивания не дало результата, поскольку и на равнинах и в горах амплитуда оказалась одинаковой. Тогда ввели понятие «градиент» – мера изменения в пространстве величины скорости поднятия или опускания при перемещении на единицу длины для определенного интервала времени. В областях интенсивного проявления неотектонических движений градиент в 10-100 раз больше, чем в областях их слабого проявления. Помимо метода деформаций поверхностей выравнивания используют и другие геоморфологические, геофизические и геологические методы. Например, в горах, где нет поверхностей выравнивания, для оценки амплитуды неотектонических движений используют положение древней и современной снеговой границы. На почти плоских равнинах широко применяется морфометрический метод расчета коэффициентов глубины и густоты эрозионного расчленения. Увеличение коэффициентов свидетельствует о растущей положительной локальной неотектонической структуре. При сравнении границ крупных новейших геоструктур с древними структурами оказалось, что они чаще всего не совпадают, так как часть древних структур была переработана на неотектоническом этапе. Поэтому, не меняя привычную терминологию, но имея в виду, что это не древние, а уже молодые неотектонические структуры, на основе различий в общей направленности и интенсивности проявления новейших тектонических движений на карте «Новейшие тектонические движения и неотектоника» выделено четыре основных области Материковые платформы (в новых границах) – области слабого проявления неотектонических движений с малыми градиентами и с господством длительных слабых поднятий. Древние платформы (Восточно-Европейская, Сибирская и др.), имевшие в целом тенденцию к поднятию, покрыты чехлом сравнительно небольшой мощности. На молодых платформах (Скифская, Туранская, Западно-Сибирская) преобладали относительные опускания, поэтому для них характерна большая мощность неоген-четвертичных отложений. В пределах докембрийских платформ также выделяют щиты и плиты, синеклизы и антеклизы, более мелкие молодые тектонические структуры (грабены, горсты, соляные купола). Волны тектонических движений были смещены относительно домезозойских движений, поэтому в центре докембрийских платформ формировались обращенные (инверсионные) геоструктуры, а по краям – унаследованные, начало развитию которых было положено новыми движениями. Области материкового горообразования отличаются подвижностью, высокими градиентами неотектонических движений и преобладанием общих поднятий. Горообразовательные процессы протекали здесь с разной интенсивностью, поэтому выделяют области: - со слабым проявлением процессов горообразования в зонах докембрийской и палеозойской складчатостей (Урал, горы Бырранга и др.); - с интенсивным проявлением горообразовательных процессов в областях докембрийской, палеозойской и мезозойской складчатостей (Алтай, Саяны, Верхоянский хребет и др.); - с интенсивным проявлением горообразовательных процессов в области альпийской складчатости (Крым, Кавказ и др.). Границы между платформенными областями и областями горообразования проходят по зонам глубинных разломов. Однако характер соотношения материковой платформы и области горообразования может быть разным в зависимости от тенденций движений на прилегающих к горам участках материковых платформ и различной истории неотектонических структур. При совпадении простирания зон древних глубинных разломов с простиранием горных областей граница между ними согласная, прямолинейная в плане. Существующий предгорный прогиб продолжает развиваться в новейшее время, если прилегающие части платформы унаследовано погружаются (Предкавказье, предгорный прогиб Копетдага). Если прилегающие блоки платформы испытывают тенденцию к поднятию, то они вовлекаются в подъем горной области. На месте предгорного прогиба формируется обращенная структура – обращенный предгорный прогиб. В таком случае граница проводится по шовной зоне глубинного разлома и устанавливается геофизическими методами (южный край Ставрополья, область сопряжения Восточных Карпат с платформой). Если граница несогласная, то горы «лучами» отходят от пояса горообразования. Они как бы вклиниваются в платформу, рассекают ее, постепенно перерабатывают и вовлекают в горообразование. Граница в этом случае неровная, зубчатая. Вместо прогиба возникают предгорные впадины, являющиеся новообразованиями на окраине материковых платформ. Примеры такой границы – юг Туранской плиты, юго-восток Западно-Сибирской плиты, восток Казахского щита. Возможны смешанные варианты, например, южная граница Колымо-Индигирской плиты на одних участках согласная, на других зубчатая, что говорит о переработке материковой платформы, захвате ее горообразовательными процессами. Пограничные структуры выражены в фациях выполняющих их отложений и в современном рельефе. Области современных геосинклиналей отличаются подвижностью, разнонаправленностью движений с большими градиентами и преимущественным опусканием. Современные геосинклинали – переходные зоны между материками и океанами. Таким образом, развитие рельефа на геоморфологическом этапе отличается ярко выраженной направленностью, которая заключается в нарастающем прогрессивном поднятии материков, опускании океанических впадин и общем усложнении рельефа. Ю.А. Мещеряков отмечал, что для формирования и развития современного рельефа Земли (глубочайших океанических впадин, высоко поднятых материков, возрожденных гор, высоких платформ и др.) исторический рубеж, приходящийся на конец палеозоя – начало мезозоя, в целом имеет большее значение, чем рубеж, приуроченный к неогену. Во многих внутренних районах платформ и в возрожденных горах к началу неотектонического этапа в результате перестроек современный рельеф уже был практически сформирован. В неоген-четвертичное время он только приобрел современное гипсометрическое положение. Например, высота плато Путорана, возникшего в самом глубоком месте Тунгусской синеклизы, к началу неогена была всего 700 м. В настоящее время его высота около 1700 м, то есть за неоген-четвертичное время плато поднялось более чем на 1000 м. К современным движениям относят тектонические движения последних 2-3 тыс. лет. Они прослеживаются в виде медленных (вековых) движений земной поверхности или быстрых смещений по разрывам при землетрясениях и фиксируются непосредственными геодезическими, сейсмологическими, гидрологическими и другими наблюдениями. Современные медленные тектонические процессы осуществляются повсеместно с разными скоростями и носят унаследованный характер. На платформах это миллиметры в год, в горах – сантиметры в год. Например, Тамбовская низменность опускается со скоростью 1-2 мм/год, Среднерусская возвышенность поднимается со скоростью 2-4 мм/год. Более интенсивные поднятия прослеживаются в областях развития покровных оледенений за счет гляциоизостазии. Скорость горизонтальных движений также различна. Так, горизонтальное смещение на хребте Петра I (Памир) составляет 15 мм/год, а расхождение Северной Америки и Евразии происходит со скоростью 10 см/год. В районах, где имеются мощные толщи солей (сотни метров и более), залегающих среди других отложений, соляные массы «всплывают», приподнимая расположенные выше породы, и образуют куполовидные поднятия. Этот процесс называется соляной тектоникой. Такие пластические деформации широко распространены в России, в Украине и других районах. На интенсивность современных движений влияет антропогенный фактор. Под влиянием нагрузок в больших городах, в портовых сооружениях происходят локальные опускания вследствие сжатия поверхности грунтов в слое 20-30 м. Длительно развивающиеся разнонаправленные плавные движения приводят к разрыву сплошности земной коры и сопровождаются сейсмическим толчком – землетрясением. Землетрясения происходят не только в орогенических областях, но и на платформах, где связаны с продолжающимся формированием сети разломов, особенно глубинных. При землетрясениях обновляются старые разломы и образуются новые. Самые сильные землетрясения (8-9 баллов) приурочены к областям с повышенными градиентами новейших тектонических движений. Высокая сейсмичность характерна как для молодых, так и для возрожденных гор. Землетрясения, приуроченные к эпиплатформенным глыбовым горам, бывают особенно сильными, потому что глыбы, поднимаясь, как бы «вспарывают» древние глубинные разломы. Возникающие в теле глыб упругие напряжения приводят к образованию новых разломов. Примером такого землетрясения является Гоби-Алтайское землетрясение силой около 12 баллов, которое произошло в 1957 г. в горах Гобийского Алтая (Монголия). Генеральный разлом представляет собой сбросо-сдвиг с поднятым и смещенным на 10-12 м крылом. С поверхности он имеет вид застывшей волны высотой от 1,0 до 9,2 м. Ширина зоны дробления вдоль главного разлома достигает 1,5 км. В эпицентральной зоне образовался грабен шириной 800 м и длиной 2,7 км. Ширина оконтуривающих его трещин достигала 19 м, амплитуда перемещения по трещинам – 4 м. Сейсмодислокации в эпицентре показывают, что они образовались в результате исключительно редкого по силе удара. Сместители, как ножом, срезали разные по прочности породы. В воздух поднимались фонтаны грунта, образовавшие конусы высотой до 15 м. Активные движения земной коры, ее гравитационное состояние, рельеф и землетрясения связаны между собой. Сейсмичность – это проявление орогенеза в современную эпоху. Глубина очагов землетрясений в сейсмических поясах свыше 600 км, поэтому эти области являются одновременно областями развития современного вулканизма. Распространение вулканов – геоморфологический признак активного формирования земной поверхности за счет вещества мантии.