Геологическое строение и рельеф, как компоненты ландшафта

Литогенная основа ландшафтных комплексов, или геосистем – это состав и структура горных пород, рельеф земной поверхности.

Через состав горных пород и рельеф она задает жесткий каркас формирующихся на ней природных комплексов. В одной природной зоне на разных по гранулометрическому составу породах формируется разная растительность. Так, в лесной зоне умеренного пояса ПТК на глинистых и суглинистых породах характеризуются еловыми лесами, а на песках - преобладанием сосновых боров. Если глинистые породы в южно-таежной подзоне окарбоначены, то здесь получают развитие хвойно-широколиственные леса.

Литосфера включает земную кору, подошва которой совпадает с областью плавления горных пород, т. е. верхней мантией – наиболее активным сейсмическим слоем, называемым границей Мохоровичича.

Земная кора сложена горными породами, которые представляют ассоциации минералов (Слюсарев, 2012).

Минералы – это химические соединения или самородные элементы, которые образовались в результате физико-химических процессов, происходящих в глубине земной коры или на ее поверхности. Насчитывают более 3000 минералов, основная масса которых находится в твердом состоянии, но в природе есть жидкие и газообразные. Все минералы систематизированы по химическим свойствам в 5 основных классов:

1) Самородные элементы:  немелаллы (сера, графит), металлы (медь, золото).

2) Сульфиды (пирит FeS2, халькопирит CuFeS2, сфалерит ZnS, киноварь HgS, галенит PbS).

Окислы и гидроокислы включают несколько групп:

– окислы кремния: кварц, халцедон, яшма, агат (SiO2), опал (SiO2∙ nН2О);

– окислы и гидроокислы железа (гематит Fe2O3, магнетит Fe3O4, лимонит Fe2 O3 ∙ n Н2О);

– окислы и гидроокислы алюминия: корунд (AI2O3, чистыми корундами

являются рубин и сапфир), боксит (AI2O3 n Н2О);

– окисел марганца МnО2 (пиролюзит).

Галоидные соединения, производные не содержащей кислород соляной, фтористоводородной и других кислот (галит NaCl, сильвин КCl, флюорит СаF2).

Соли кислородсодержащих кислот – угольной, серной, фосфорной, азотной, кремниевой осадочного и гидротермального происхождения. Класс подразделяется на основные группы:

- карбонаты, производные угольной (Н2СО3) кислоты (кальцит СаСО3, магнезит МgСО3, сидерит FеСО3); 

- сульфаты, производные серной (H2SO4) кислоты (гипс СаSО4 × 2Н2О, ангидрит СаSО4);

- силикаты, производные кремниевой кислоты (H2SiO3), которые по способу соединения кремниево-кислородных тетраэдров делятся на подгруппы: цепочных (авгит), ленточных (роговая обманка), листовых (слюды), островных (оливин) и каркасных (ортоклаз) силикатов;

- нитраты, производные азотной (НNО3) кислоты – натриевая (чилийская) селитра NaNO3, калиевая (индийская) селитра KNO3;

- фосфаты, производные ортофосфорной (Н2РО4) кислоты – (апатит Са5(Cl,F)(РО4)3).

Все минералы можно образно сравнить с «кирпичиками» литогенной основы ландшафта – горными породами, выполняющими роль ее фундамента. Минералогический состав во многом определяет состав и свойства горных пород.

Горные породы – это сочетание минералов, возникшие совместно при определенных условиях в земной коре, характеризующиеся постоянным минералогическим составом и строением.

Все горные породы объединены в три большие группы: магматические, метаморфические и осадочные. Осадочные горные породы покрывают 75 % поверхности Земли и являются в основном почвообразующими.

Магматические горные породы – это породы, которые образовались в результате застывания и кристаллизации магмы под воздействием температуры и давления в глубине земной коры или ближе к ее поверхности. По содержанию SiO2 они подразделяются на следующие группы:

1) Ультраосновные содержат менее 40 % SiO2 (дунит).

2) Основные 40–50 % SiO2 (габбро, базальт).

3) Средние содержат 52–65 % SiO2 (диорит, сиенит).

4) Кислые содержат 65–75 % SiO2 (гранит, кварцевый порфир).

5) Ультракислые содержат более 75 % SiO2 (пегматит).

По месту и условиям образования магматические горные породы могут быть

интрузивными (глубинными) и эффузивными (поверхностными).

Осадочные горные породы образовались на поверхности Земли либо на дне морей или океанов в результате:

1) разрушения ранее существовавших магматических или метаморфических

горных пород;

2) химических реакций или выпадения в осадок;

3) с     участием   животных организмов, растений   и продуктов

их метаболизма.

По генезису они подразделяются на обломочные, химические (соли, гипсы), биологические (уголь, нефть, торф, трепел, опока).

Обломочные подразделяются по размеру, форме обломков (окатанные, неокатанные) и по степени их сцементированности: сцементированные (конгломерат, брекчия) и несцементированные (гравий, щебень).

По величине обломков выделяют следующие группы:

1. Псефиты (грубообломочные), размеры – более 2 мм.

2. Псаммиты (пески), 2–0,1 мм.

3. Алевриты (пыль), 0,1–0,01 мм.

4. Пелиты (глины), меньше 0,01 мм.

Метаморфические горные породы сформировались при преобразовании раннее существовавших магматических или осадочных горных пород в твердом состоянии, а также под влиянием внедрения магмы. По характеру метаморфизма выделяют две группы пород:

1) глубинные (сланцы, гнейсы, кварциты);

2) контактовые (мрамор, скарны).

Минералогический состав метаморфических горных пород разнообразный: силикаты, карбонаты, алюмосиликаты, но всегда отсутствуют минералы из класса галоидных соединений и сульфаты. Эти породы чаще имеют сланцевую или полосчатую структуру.

Земная кора по особенностям строения делится на два основных типа: материковая и океаническая. Материковая состоит из трех слоев:

1) осадочный, представлен мелкими слоистыми породами, скорость распространения в нем сейсмических волн до 5,5 км/с;

2) гранитный, представлен более плотными породами, скорость распространения сейсмических волн 5,5–6,5 км/с. Состоит из пород, насыщенных кварцем. Верхняя часть представлена     гранитом, а       нижняя      – метаморфинизированными породами (сланцы, гнейсы). Мощность слоя – от 8 до 35 км; базальтовый слой состоит черных, наиболее плотных пород, не содержащих кварца.

Океанический тип строения земной коры представлен только осадочным и базальтовым слоями.

Толщина земной коры под равнинами составляет 30–35 км, в области горных стран – до 50–70 км, а в пределах впадин морей и океанов она колеблется от 5 до 10 км.

Верхняя часть земной коры состоит главным образом из осадочных горных пород, образовавшихся на поверхности суши или в различных водоемах в результате накопления продуктов разрушения ранее существовавших пород (магматических, метаморфических, осадочных) и остатков организмов. Характерная особенность осадочных пород – залегание их в форме слоев, или пластов.

Важнейшим компонентом природного ландшафта во взаимосвязи и взаимообусловленности со всеми другими компонентами природной среды является рельеф.

Рельеф – это совокупность форм земной поверхности (гор, равнин, впадин и др.), различных по своим размерам, строению и происхождению, находящихся на разных стадиях развития, в сложных сочетаниях друг с другом и во взаимосвязи с окружающей средой, как поверхность раздела между атмосферой и литосферой рельеф является важнейшим фактором перераспределения солнечной радиации и осадков. Благодаря этому в зависимости от рельефа формируется не только определенный тип климата обширных территорий, но и микроклимат почв.

Рельефообразующие процессы. Рельеф земной коры является результатом длительного, исторически развивающегося взаимодействия двух противоположных сил – эндогенных (главным образом создающих) и экзогенных (разрушающих), сглаживающих неровности поверхности Земли.

Эндогенные процессы (распад радиоактивных веществ, тектонические движения, землетрясения, процессы магматизма, различные химические реакции) создают в совокупности неровности крупного масштаба. Особенно существенное значение имели новейшие движения земной коры, происходившие в течение последних приблизительно 20–25 млн лет, в неогеновом и четвертичном периодах, когда были сформированы многие современные горные области: Тянь-Шань, Кавказ, Альпы и др.

Экзогенные процессы оказали решающее влияние на современный облик рельефа. К экзогенным процессам относятся различные виды выветривания, эрозий, деятельности ледников, подземных вод и так далее, приводящих к формированию типов и форм морфоскульптурного рельефа, т. е. сравнительно мелких форм. Возраст относительно мелких форм рельефа (например, речных долин, оврагов) обычно не выходит за рамки четвертичного периода.

Большую роль в формировании мелких форм рельефа играет выветривание – процесс физического разрушения и химического изменения горных пород под влиянием климата, воды и жизнедеятельности организмов. Продукты разрушения, образующиеся при этом, создают в последующем кору выветривания. Принято различать два основных вида выветривания: физическое (или механическое) и химическое.

Физическое выветривание – процесс механического разрушения горных пород, в котором главную роль играют колебания температуры, замерзание воды в породе, рост кристаллов и участие организмов.

Химическое выветривание разрушает и  изменяет минералогический состав горных пород. В качестве главных агентов    этого процесса выступают вода, кислоты (минеральные и органические), щелочи и растворенные в воде соли  и  воздух. В результате растворения, реакций окисления       и             восстановления,    гидролиза гидратации образуются                      вторичные минералы             (карбонаты, легкорастворимые соли, гидроокислы и глинистые минералы). Одними из главных рельефообразующих факторов на поверхности суши являются эрозия – размыв или смыв текущей водой             горных пород и почв, перенос           и отложение разрушенного материала. Эрозия протекает в водотоке до тех пор, пока он не достигнет такого уровня, ниже которого не способен углубить свое русло. Такой уровень называется базисом эрозии.

Рельефообразующее воздействие на ландшафты оказывают  также  разрушающая и созидающая деятельность четвертичного и современного оледенения, ветровая эрозия; многолетняя мерзлота и другие процессы.

Типы и формы рельефа. Под формами рельефа понимают природные, а нередко и искусственные тела и полости, простейшие из которых можно приближенно сравнить с геометрическими фигурами (конусом, пирамидой, призмой). Сложные формы рельефа представляют собой сочетание простых форм и могут достигать очень больших размеров (материк, впадина моря, горная страна и т. д.).

Основными элементами форм рельефа являются: грани – поверхности склонов, ребра – линии сочленения граней, линии водоразделов, подошвы склонов, тальвегов, бровок, точки вершин, седловин, устья долин, оврагов и др.

По внешним признакам и по отношению к прилегающим пространствам различают положительные и отрицательные формы рельефа, замкнутые и незамкнутые.

Положительные формы рельефа – это возвышающиеся над прилегающей местностью участки земной поверхности (гора, холм, материк над дном моря), а отрицательные – это пониженные по отношению к прилегающим территориям участки (воронка, котловина, долина, впадина).

Замкнутые формы рельефа (подошвы бровок и др.) ограничены со всех сторон склонами или линиями. Незамкнутые формы рельефа обычно лишены склонов с одной, а иногда и с двух сторон. Например, гора является положительной, а карстовая воронка – отрицательной замкнутой, а речная долина – отрицательной незамкнутой формой рельефа.

По происхождению формы рельефа подразделяют на тектонические, эрозионные и аккумулятивные.

Тектонические формы рельефа (горные хребты, равнины, океанические впадины и др.) возникают в процессе движения земной коры. Они крупные по размеру и образуют основной рельеф и лик Земли.

Эрозионные формы рельефа связаны с разрушительной работой текучих вод (атмосферных, речных, подземных). К ним относят ущелья, речные долины, балки, овраги, промоины и т. д. Они создаются в итоге эрозионных процессов, переноса продуктов разрушения и их аккумуляции. Следует различать типы рельефа, созданные постоянными водотоками и временными.

К типу эрозионно-аккумулятивного рельефа, созданному постоянными водотоками, относятся речные долины – относительно длинные ложбины, образованные реками и имеющие уклон в соответствия с направлением их течения. Основные элементы рельефа развитой речной долины: днище (русло и пойма), склоны, состоящие из речных террас, и коренной берег.

Русло – наиболее пониженная часть речной долины, постоянно заполненная водой, по которой происходит ее сток.

Террасы – горизонтальные или        слегка наклоненные площадки на склонах речных долин, ограниченные уступами сверху или снизу.

Коренной берег – часть водораздела, прилегающая к речной долине и возвышающаяся над ней.

Пойма – часть речной долины, покрытая растительностью и затопляемая только в половодье.

В поперечном направлении пойма делится на три части: прирусловая – наиболее возвышенная и расчлененная, поднимается на несколько метров над меженным уровнем реки; центральная – несколько более ровная, занимает среднюю часть и прилегает к коренному пологому склону долины или уступу следующей террасы; притеррасная – наиболее пониженная часть, имеет вид заболоченной ложбины, где находятся болота, озера и старицы.

Если число террас и их ширина одинаковы на обоих склонах, то такая долина симметричная. Как правило, долины рек, имеющих строгое направление течения с севера на юг и наоборот, асимметричны.

Из типов и форм эрозионно-аккумулятивного рельефа, создаваемых временными водотоками, большое распространение имеют долинно-балочный, овражно-балочный, куэстовый.

Долинно-балочный тип рельефа характеризуется тем, что к долинам рек привязана разветвленная система балок, не имеющих постоянных водотоков. По общему виду это волнисто-холмистый рельеф с сочетанием долин рек и густой, разветвленной системой балок.

Овражно-балочный тип рельефа свойствен преимущественно возвышенно-равнинным участкам земной поверхности, сложенным толщей легко размываемых отложений. Овраги – глубокие крутосклонные рытвины, образованные временными водотоками на возвышенных равнинах или холмах, а также на склонах балок и лощин. Длина их достигает нескольких километров, ширина и глубина – десятков метров. Часто овраги имеют боковые отроги. В отличие от балок, для оврагов характерен рост в сторону водораздела, благодаря чему они увеличиваются в длину со скоростью до нескольких метров в год. Балка – конечная стадия развития оврага с выпуклыми, задернованными склонам, часто поросшими кустарниками и лесом.

К эрозионному рельефу, созданному временными водотоками, относится и куэстовый тип. Куэсты (в переводе с испанского – косогор) – это асимметричные уступы и гряды, образованные размывом мягких пород. Пологий склон куэсты сложен более прочными пластами горных пород, трудно поддающихся размыву. Кавказские куэсты тянутся полосой более 500 км, вдоль северного склона Большого Кавказа.

Карстовый тип рельефа возникает в итоге проявления различных химических процессов, происходящих в растворимых водой горных породах, таких как известняк, мел, гипс, доломит, мергель, каменная соль. Название «карст» дано по имени одноименного плато в Югославии. Карстовый ландшафт характеризуется неровной поверхностью с котловинами, голыми каменистыми участками, воронками и слабым развитием растительности.

Близко к карстовому процессу суффозионное явление – вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ водой, фильтрующейся в толщах горных пород. В итоге образуется западинно-низменный рельеф, типичный для лесостепной, степной и полупустынной природных зон.

Многочисленны формы и типы рельефа, возникающие в результате деятельности ледника. Материковое четвертичное оледенение предопределило современный рельеф северной части Русской равнины, образовав такие формы, как «бараньи лбы», «курчавые скалы», камы, озы, моренные гряды.

Аккумулятивные формы рельефа (речные террасы, барханы, дюны и др.) являются следствием накопления продуктов разрушения горных пород.

Типом рельефа называют определенное сочетание форм, закономерно повторяющихся на обширных территориях и имеющих сходное происхождение, геологическое строение и историю развития. Различают равнинный, холмистый и горный типы рельефа.

Равнинный рельеф имеют обширные участки суши. В зависимости от положения над уровнем моря равнины подразделяют на отрицательные – расположенные ниже уровня моря; низменные – высотой, не превышающей 200 м над уровнем моря; возвышенные – с абсолютной отметкой 200-500 м; нагорные – расположенные выше 500 м над уровнем моря. По глубине и степени расчленения рельефа различают равнины: слабо-, мелко- и груборасчлененные с колебанием высот до 10 м, 5–25 м и 20–200 м соответственно на протяжении 2 км. В зависимости от происхождения равнины могут быть структурными, аккумулятивными и скульптурными.

Структурные равнины (например, Прикаспийская низменность) сложены спокойно залегающими слоями осадочных и пластовыми телами магматических пород или представляют собой относительно недавно вышедшие на поверхность Земли участки морского дна с горизонтально залегающими слоями пород.

Аккумулятивные равнины образуются в результате накопле- ния осадочного материала в море или на суше. Их подразделяют на аллювиальные, предгорные наклонные, ледниковые морен- ные, зандровые, эоловые, органогенные. Предгорные равнины формируются у подножья гор из аллювия горных рек и современных наносов типа пролювия и делювия.

Скульптурные равнины возникают в результате разрушения первичной поверхности процессами абразии и денудации. Например, абразионные равнины образуются в процессе разрушения побережий морскими волнами.

Денудационные равнины (характерны для Казахстана) представляют собой участки суши с близко залегающими к поверхности земли или имеющими выход на нее коренными горными породами.

Холмистый рельеф – это поверхность земли, состоящая из сочетания часто чередующихся возвышенностей (холмы с относительными высотами не более 200 м) и пониженных участков (ложбин и котловин).

Горный рельеф представляет собой чередование крутых поднятий (горы, хребты) и понижений (долины, впадины, котловины). В зависимости от происхождения он может быть тектоническим, вулканическим и эрозионным.

Тектонический рельеф формируется в результате подземных движений и сложных нарушений земной коры. Горы, появившиеся в результате таких процессов, наиболее распространены и имеют достаточно сложное строение и рельеф.

Вулканический рельеф возникает в процессе извержения вулканов.

Весьма специфичны формы антропогенного рельефа, образованного в результате деятельности человека. В районах древнего орошения вдоль крупных каналов наблюдаются повышения рельефа (высотой до 3 м, иногда и более), связанные с накоплением наносов, извлеченных при их проходке. При добыче различных полезных ископаемых большие массы пустой породы идут в отвалы – крупные гряды и холмы (например, терриконы в местах добычи каменного угля).

По размеру формы рельефа объединены в следующие группы форм рельефа: макрорельеф, мезорельеф, микрорельеф и нанорельеф.

Макрорельеф представляет собой крупные формы земной поверхности, измеряемые сотнями метров и километрами, определяющими общий облик большой территории: равнины, плато, горные системы. Его возникновение обусловлено преимущественно тектоническими явлениями в земной коре или отступлением моря, как, например, в случае Прикаспийской низменности.

Мезорельеф – формы рельефа средних размеров с колебанием высот, измеряемых метрами и десятками метров: холмы, лощины, балки, террасы и их элементы – плоские участки, склоны разной крутизны. Возникновение мезорельефа связано в основном с экзогенными геологическими процессами (денудационные процессы, образование континентальных отложений), на которые оказывают большое влияние медленные поднятия и опускания отдельных участков суши.

Микрорельеф – мелкие формы рельефа, занимающие незначительные площади, от нескольких квадратных дециметров до нескольких сотен квадратных метров, с колебаниями относительных высот в пределах 1 м. Сюда относятся бугорки, понижения, западины и другое, возникающие на ровных поверхностях рельефа из-за просадочных явлений, мерзлотных деформаций или по другим причинам. На склонах микрорельеф может быть связан с развитием эрозионных процессов или сползанием почвенно-грунтовых масс.

Нанорельеф – самые мелкие элементы рельефа, диаметр которых колеблется в пределах от нескольких сантиметров до 0,5–1,0 м, а относительная высота – до 30 см. Он представлен мелкими западинками и бугорками, кочками, различными неровностями, возникающими при обработке почвы (борозды, гребни и т. п.).

Разные горные породы формируют склоны разной крутизны, а склоны разной крутизны и их экспозиции поглощают неодинаковое количество тепла и влаги. Следовательно, рельеф выступает как главный фактор перераспределения солнечной радиации и регулирует соотношение фильтрующейся и стекающей по поверхности влаги атмосферных осадков. Он оказывает влияние на водный, тепловой, питательный, окислительно-восстановительный и солевой режим ландшафтов.

Итак, литогенная основа – наиболее инертный элемент ландшафтной оболочки. Поэтому ее основные свойства часто являются ведущими факторами, влияющими на структурно-функциональную организацию геосистем. Проявляется это через минералогический состав горных пород, особенности рельефа территорий, наличие поверхностей с разными уклонами, гипсометрией и экспозицией, определяющими перераспределение зонально-секторных и местных гидротермических ресурсов, обеспеченность растений питательными элементами, содержащимися в почвах разных типов.