Файл: Основы геологии.pdf

36
Землю в виде тепловой энергии, одновременно защищая жизнь на планете от губительного для нее ультрафиолетового излучения.
В строении атмосферы наблюдаются некоторые интересные закономерно- сти. Прежде всего, она состоит из нескольких оболочек, различающихся специфи- ческими физическими параметрами (температурой и давлением) и их динамикой.
Эти оболочки образуют концентрически-зональное тело. Нижняя часть атмосфе- ры называется тропосферой, протягивающейся на высоту от 8-10 км на полюсах
Земли до 16-18 км на экваторе. По мере удаления от поверхности Земли темпера- тура в тропосфере понижается до – 40 – 90 0
С, а давление – до 100–300 мбар. Ко- лебания температуры в тропосфере зависят от климатической зоны и сезона года.
Максимальные колебания отмечены в полярных областях, минимальные – в зоне экватора. Атмосферой Земли поглощается 45% тепловой энергии, поступающей от Солнца. Способность атмосферы поглощать и аккумулировать тепловую энер- гию Солнца называется парниковым эффектом и определяется содержанием уг- лекислого газа и водяных паров.
В верхнем слое тропосферы температура стабилизируется, и этот слой называется тропопаузой.
Над тропосферой располагается следующая концентрическая оболочка, называемая стратосферой. Стратосфера простирается до высоты 55 км. В от- личие от тропосферы температура в этой сфере с удалением от поверхности
Земли повышается, достигая в верхней части 0 0
С, а иногда и выше. Повышение температуры в стратосфере происходит на 1-2 0
С через каждый километр высо- ты. Именно в стратосфере расположен озоновый слой с максимальным содер- жанием озона на высоте 25 км. Верхний слой стратосферы характеризуется постоянной температурой около 0 0
С и называется по аналогии с тропосферной зоной постоянных температур стратопаузой.
Еще выше располагается мезосфера – до высоты 80-85 км. От страто- сферы она отличается тем, что температура в ней с удалением от Земли снова последовательно понижается до – 60 – 80 0
С и верхняя ее зона – мезопауза ха- рактеризуется также постоянными температурами. Одной из примечательных особенностей мезосферы является приуроченность к ней такого интересного атмосферного явления, как полярное сияние, вызываемое высоким содержани- ем в ней ионов газов.
Над мезосферой находится предпоследняя сфера атмосферы, прости- рающаяся до высоты 800 км и называемая термосферой, которая, в свою оче- редь, сменяется экзосферой, высота распространения которой достигает 2000 км.
В составе экзосферы преобладают ионы легких газов: водорода и гелия, а также

37 элементарные частицы. Она является переходным слоем от атмосферы к меж- планетному пространству. Таким образом, высота атмосферы Земли составляет
2000 км.
Состояние атмосферы изучается по трем важнейшим факторам: темпе- ратуре воздуха, содержанию водяных паров (давление), а также характеру и на- правлению перемещения воздушных масс (ветер).
Температура воздуха в атмосфере очень изменчива. Общепризнанным северным полюсом холода является метеостанция Оймякон в Якутии с отме- ченным минимумом температуры воздуха -67,7 0
С. Близкие температуры отме- чены на севере Канады, в Гренландии и на Аляске. Южным полюсом холодного воздуха является станция «Восток» в Антарктиде с минимальной температурой воздуха -88,3 0
С.
Установлены на планете и самые горячие точки. Они расположены в
США, в пустыне Мехаве, где воздух прогревается до +56,7 0
С, и в Ливийской пустыне – до +57,8 0
С. Приведенные температуры воздуха характеризуют толь- ко нижние слои атмосферы. Непосредственно на поверхности Земли темпера- тура выше также в тропической зоне и ниже в полярных областях. Так, в
Туркмении температура песка составляет +77 0
С при температуре воздуха всего
+45 0
С. В Заполярье при температуре воздуха -67,7 0
С температура снега дости- гает -69,9 0
С.
Для природных геологических процессов часто большое значение име- ют не сами температуры, а их колебания, диапазон которых достигает на земле
160 0
С. Но в большинстве районов этот интервал не превышает 40-50 0
С. Напри- мер, в Республике Коми амплитуда колебаний температур воздуха весьма зна- чительна: при минимальной -45 0
С максимальная достигает +35 0
С, составляя амплитуду температур воздуха до 80 0
С.
При характеристике природных процессов, происходящих на поверх- ности Земли, обычно оперируют среднесуточными, среднемесячными и средне- годовыми температурами. Значительные различия в среднегодовых температурах связаны с положением района относительно экватора, что объяс- няется в значительной мере отражательной способностью поверхности Земли, т.е. слагающих эту поверхность горных пород. Эта способность зависит от рельефа поверхности планеты, наличия или отсутствия снежного покрова, про- должительности нахождения этого покрова, степени запыленности атмосферы и некоторых других причин.
Вторым важнейшим фактором интенсивности геологических процессов является влажность – содержание водяных паров в атмосфере. Влажность тесно

38 связана с температурой воздуха – повышение температуры воздуха приводит к уменьшению влажности, а понижение – к ее увеличению. При 100%-ной влаж- ности происходит конденсация водяных паров и образование облачности. При этом огромную роль играет атмосферная пыль, выступающая в этом случае в качестве ядер конденсации. Количество выпадающих осадков также очень не- равномерно распределено в разных районах планеты и в разное время. Оно за- висит от географического положения района, особенностей рельефа (равнина или горная область), влажности воздуха, скорости и направления ветра и дру- гих причин. Минимальное количество осадков выпадает на Земле в Чили –
0,8 мм/год, а максимальное – на Гавайских островах – 11684 м/год. Количество осадков весьма неравномерно распределяется и в течение года. Так, в Западной
Африке, например, они выпадают только в сезон дождей, когда дожди идут практически ежесуточно и полностью прекращаются в сухой сезон, продол- жающийся в течение полугода. В полярных районах Северного полушария ос- новная часть осадков выпадает в зимний сезон в виде снега. Характер осадков, частота их выпадения и количество являются чрезвычайно важными для таких экзогенных геологических процессов, как выветривание, образование и таяние ледников, образование и деятельность рек и других.
Третий важный фактор, определяющий характер экзогенных геологи- ческих процессов, – это перемещение масс воздуха, основной причиной кото- рых является неравномерная плотность атмосферы, находящаяся в теснейшей зависимости от вращения Земли и неравномерности ее прогревания Солнцем, а также от рельефа поверхности Земли.
Таким образом, на интенсивность и направленность геологических эк- зогенных процессов прямое влияние оказывают температура и влажность воз- духа и его перемещение над поверхностью Земли. Состояние этих трех факторов в определенной местности в данный момент и определяет погоду. По- года характеризуется большой изменчивостью в течение суток или даже дня или ночи: дождливая погода может быстро смениться солнечной. Быстро изме- няют погоду изменяющаяся температура или ветер. Изменение погоды во вре- мени для определенных участков земной поверхности создает климат – закономерную последовательность метеорологических процессов, определяе- мую географическими условиями участка и выражающую многолетний режим погоды. Поэтому при изменчивой погоде климат конкретного района является всегда постоянной характеристикой, являющейся выражением закономерности смены погодных условий. В связи с этим климат является одним их важнейших условий и факторов, которые обусловливают характер и основные закономер-

39 ности направленности экзогенных геологических процессов. Различают четыре основных климатических пояса нашей планеты: арктический и антарктический, умеренный, тропический и экваториальный. Для каждого их этих поясов выде- ляют по четыре типа климата: континентальный, океанический, западных побе- режий и восточных побережий. По соотношению температур воздуха и влажности атмосферы в тропическом и экваториальном поясах различают
аридный – засушливый климат и гумидный – влажный климат.
2.1.1. Выветривание
Выветривание представляет собой совокупность процессов изменения и разрушения минералов и горных пород на поверхности Земли под действием физических, химических и органических агентов. Результатом выветривания является кора выветривания – комплекс горных пород, возникших в верхней части литосферы в результате преобразования в континентальных условиях магматических, осадочных и метаморфических горных пород под влиянием ат- мосферных процессов.
Различают два основных типа выветривания: физическое (механическое) и химическое. Некоторые исследователи выделяют в качестве самостоятельно- го типа органическое выветривание. Мы рассматриваем его непременной со- ставной частью физического и химического выветривания. Например, рост корней деревьев разрушает горные породы, в которых они произрастают, меха- нически раздвигая трещины в породах – поэтому в данном случае растения вы- ступают в качестве действующей силы механического (физического) разрушения. В другом случае, когда те же растения вместе с соками втягивают через корневую систему некоторые химические элементы в зоне выветривания, они способствуют химическому разрушению горных пород и являются дейст- вующей силой химического разрушения этих пород. И в том, и в другом случае разрушение пород растениями является только частью общего разрушительно- го процесса при выветривании, а самостоятельная их роль не так существенна.
Физическое выветривание – это разрушение горных пород, вызванное колебаниями температур и вызванными этими колебаниями процессами. Гор- ные породы сложены из минералов, имеющих разные окраски, в связи с чем разные части этих пород подвергаются воздействию солнечной энергии по- разному. Более темноцветные минералы (роговые обманки, биотит, пироксены и др.) нагреваются значительно сильнее, а более светлые (кварц, полевые шпа- ты и др.) – слабее. Соответственно они при нагревании по-разному расширяют-

40 ся, а при остывании по-разному сжимаются в объеме. Многократные периоди- ческие расширения и сжатия приводят сначала к образованию микротрещин на границе минералов, по трещинам спайности и другим направлениям, а позже порода полностью превращается в обломки разных размеров. Как видно из это- го примера, разрушение при физическом (механическом) выветривании проис- ходит физическим способом. Физическое выветривание также может происходить при замерзании воды в трещинах, повторяемом неоднократно.
Механическим способом разрушаются горные породы под воздействием расте- ний и животных. О растениях и их роли в механическом выветривании было сказано выше. Животные механически разрушают или разрыхляют горные по- роды, принимая посильное участие в этом виде выветривания, примером чего могут служить роющие организмы (кроты, черви и др. животные), проделы- вающие ходы в горных породах.
Химическое выветривание представляет собой химическое разложение минералов и горных пород под воздействием температуры воздуха, химически активных растворов и атмосферных осадков, которые вступают в химическое взаимодействие с этими минералами и горными породами. Главными агентами химического выветривания, производящими разрушение минералов и горных пород, являются кислород, водород, вода, углекислота, органические и другие химически активные вещества.
Процесс химического выветривания реализуется при благоприятных климатических, геоморфологических, тектонических и литологических услови- ях, о которых речь пойдет ниже.
Климатические условия обеспечивают необходимые для интенсивного химического изменения горных пород температуру атмосферы и режим атмо- сферных осадков, что соответственно характеризует тот или иной тип климата: аридный или гумидный. Экспериментальными работами и расчетным путём ус- тановлено, что наиболее благоприятны для химического выветривания средне- годовые температуры в пределах +20 +25 0
С без резких колебаний. Такой режим температур обеспечивает интенсивность и непрерывность химических процес- сов. Поэтому более благоприятны для глубокого химического выветривания районы тропической зоны Земли, в то время как физическое выветривание ин- тенсивнее происходит в условиях резко континентального климата с резкими колебаниями температур. Среди ученых, изучающих химические коры вывет- ривания, нет пока единого мнения о типе тропического климата, благоприятно- го для глубокого химического преобразования горных пород до латеритной стадии. Одна группа ученых считает, что для латеритного процесса необходим