Гипотезы, дискуссии, предложения
Образы земной поверхности в науках о Земле
Г.Ф. УФИМЦЕВ,
доктор геолого-минералогических наук Институт земной коры СО РАН
Даже простой взгляд на земную поверхность вы/зы/вает вопрос: неужели эту красоту, это многообразие можно объединить одним термином -земная поверхность? Извечная проблема - объединить под одним науч-
ны/м образом сложны/е природные явления, причем так, чтобыI соответствующее научное понятие обеспечивало свободу научного поиска в соответствии с гумбольд-товской формулой "единое в многообразии".
Автор предлагает вниманию читателей свою точку зрения, согласно которой одно и то же явление природыI в нашем сознании естественно присутствует в различным образах.
ПОНИМАНИЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Поверхность - граница между физическими телами - одно из основных геометрических понятий.
Земная поверхность в обычном ее восприятии является важным элементом окружающей среды. Но понятие "земная поверхность" может быть рассмотрено в различных аспектах наук о Земле. В географии и геодезии - как раздел между атмосферой, с одной стороны, и гидро-, крио- и литосферой, с другой. Земная поверхность словно скользит по верхнему ограничению "твердой" Земли, по ледникам, морям и океанам. В пер-
вом приближении Земля -шар, то есть тело с полной симметрией, и именно поэтому моделируется в виде глобуса. Земля сжата у полюсов, и такое приближение в большинстве случаев удовлетворяет требованиям науки и производства. Но реальная фигура Земли гораздо сложнее, это геоид, хотя отклонения его поверхности от эллипсоида вращения не превышают сотен метров (Земля и Вселенная, 1998, № 2; 2006, № 5). Надо учитывать, однако, что над поверхностью эллипсоида вращения на несколько километров поднимаются горы суши и на такую же глубину опущено дно Мирового океана.
В геоморфологии и геологии земная поверхность -это раздел между твердой Землей (литосферой) и подвижными геосферами или стихиями (атмосфера, гидросфера и криосфера). Здесь размах отклонений рельефа земной поверхности достигает 20 км - от вершины Эвереста и до глубин дна океанических желобов. Рельеф земной поверхности в районах, покрытых материковыми льдами, описывается положением их основания (подошвы). Криосфера - тоже подвижная стихия. Геологам и геоморфологам необходимо знать ее воздействие, равно как воздушных и водных масс, на поверхность литосферы.
© Уфимцев Г.Ф.
77
Такая разная земная поверхность:вади (сухие долины) на западном побережье Красного моря (а); Тун-кинская долина (б); Киргизский хребет (в) и Центральный Непал (г).
В этих случаях земная поверхность рассматривается как раздел пространства геосфер. Это не плоскость, потому что обладает определенным рельефом, но не толщиной. Тем не менее она описывается с использованием трех пространственных координат и одной временной. Земная поверхность трех- или четырехмерна (в зависимости от задач исследований). Такой образ поверхности имеет геометрический (математический) смысл и очень эффективен в разного рода операциях по его отображению и изучению. Именно геометриче-
ский образ земной поверхности лежит в основе составления географических карт. Геоморфологи используют его при разного рода преобразованиях таких карт с помощью картографического (морфо-метрического) метода исследований, когда на основе общих топографических карт строятся специализированные карты по выбранным свойствам рельефа. Это позволяет выделить в камеральных условиях нужную информацию из всей совокупности свойств рельефа земной поверхности и затем успешно использовать ее в геолого-геоморфологи-
ческих исследованиях: прогнозе нефтегазоносных структур, изучении новейшей тектоники и сейсмическом районировании, определении степени геологического риска и т.д.
Занимаясь морфомет-рическими преобразованиями топографических карт уже более 40 лет, я всегда поражаюсь их высокой информативности, разумной связанности изображаемого и изобразительных средств. Вообще говоря, они используются достаточно экономно, так что любое необходимое вам свойство рельефа земной поверхно-
сти или самой земной поверхности легко считыва-ется и позволяет быстро создавать новые модели земной поверхности, специализированные по выбранным ее свойствам. И все это обеспечивает геометрическое понятие (образ) земной поверхности и ее рельефа.
При всей эффективности математического образа земной поверхности мы должны задать себе вопрос: достаточен ли он и единственный ли он? И должны себе ответить: нет! Об этом говорит практика изучения земной поверхности различными науками, которые оком своим периодически углубляются в твердь земную. География изучает почвенно-раститель-ный слой, а почвоведение и биогеография - науки географического направления. И хотя почвы, говоря строго, часть литосферы и непременный элемент кор выветривания, они остаются вне интересов геологов, которые в своих описаниях обнажений или горных выработок обходятся выражением "почвенно-растительный слой". Геоморфологи в свои характеристики рельефа земной поверхности непременно вводят информацию о рыхлых отложениях, а изучение покровных и склоновых образований и в значительной мере кор выветривания является непременным элементом сферы их деятельности. Там, где геоморфолог выделяет различные генетические типы склоновых отложе-
ний, геолог видит лишь делювий, а то и вообще загадочный "горный свал". Уже поэтому геоморфологи изучают как минимум два рельефа: рельеф земной поверхности и рельеф фронта выветривания или подошвы рыхлых образований, заглядывая тем самым в глубь литосферы.
Неотектоника, будучи наукой пограничной между геоморфологией и геологией, с одной стороны, с другой, как тектонический анализ рельефа, является частью геотектоники и потому в своих интересах проникает еще глубже в земные недра. Ее интересуют не только тектонические деформации земной поверхности, но и молодая тектоника и геодинамика приповерхностных частей литосферы. Эта последняя, заключенная в пределах "слоя", ограниченного сверху вершинной поверхностью, касательной максимальных высот рельефа, и базисной поверхностью, скользящей по его минимальным отметкам, имеет скелетное состояние. Речные долины, котловины и вообще отрицательные формы рельефа делят ее на изолированные друг от друга междуречные массивы. Это обусловливает деформацию полей тектонических напряжений и быстрые изменения по ла-терали литостатической нагрузки вышележащих горных пород и появление у нее горизонтального действия.
В горизонтально залегающих пермских образованиях правобережья
Волги напротив устья Камы на бортах долин и под их днищами можно наблюдать в отдельных горизонтах интенсивную складчатость, вплоть до лежачих складок. Она обусловлена выжиманием горных пород из междуречных массивов в свободное боковое полупространство долин под действием ли-тостатической нагрузки и благодаря "тектонической смазке" в виде гипсо-носных горизонтов. Фактор свободного верхнего и особенно бокового свободного полупространства важнейший в молодой геодинамике верхнего "слоя эрозионного расчленения" литосферы еще и потому, что он обеспечивает передачу в сферу действия экзогенных процессов "лишних" объемов ее вещества. И таким образом оказывается, что неотектоника, изучающая земную поверхность с тектоническими целями,обеспечивает "углубление" своих интересов в приповерхностные части литосферы.
Возникает вопрос: как яснее сформулировать и понятийно-терминологиче-ски обеспечить взгляд географии, геоморфологии и других наук в земные недра? В данном случае они обращают свой взгляд на земную поверхность, в нее или под нее? Средняя часть этого вопроса, кажущаяся внешне наиболее странной, имеет, тем не менее, глубокий научный смысл.
Дело заключается в том, что наряду с математическим подходом к изучению поверхностей раз-
дела сред как материальных образований, не имеющих толщины, в современной науке существует специальное направление -физика поверхностей, которая рассматривает их в виде пограничных слоев на границах различных сред. Выяснено, что имеющие толщину пограничные слои-поверхности обладают особенностями структуры, отличными от тех, что находятся внутри разделяемых ими сред, либо им свойственны состояния, обеспечивающие, например, каталитическое воздействие на химические реакции и многое другое. И потому мы можем говорить о том, что наряду с математическим образом поверхностей раздела существует и таковой физический в виде пограничного слоя-поверхности с особенными чертами структуры и состояниями, обеспеченными взаимодействиями сред в этом пограничном слое. Тогда мы вправе озаботиться вопросом об эффективном приложении физической теории поверхностей в науках о Земле. В какой-то мере мы на него ответим, указав на изучение географами почвенно-растительного слоя, геоморфологами - рыхлых отложений и образований. В сущности, это вхождение данных наук в использование физического образа земной поверхности в своих построениях. Неотектоника делает следующий шаг, и мощность "ее" слоя земной поверхности, обладающего скелетным состоянием, в
горных районах суши, например в Гималаях, достигает 8 км и более.
ФИЗИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ЗЕМЛИ
Если взглянуть на Землю в целом, что является ее физической поверхностью? Представим себе модель Земли в виде шара радиусом 63.7 см (масштаб 1:100 000 000). В шаре диаметром 127 см толщина верхнего слоя-пленки, обозначающего земную кору, будет в среднем 0.3 мм под горными сооружениями суши и всего до 0.1 мм и менее под океанами. Тонкая,если не сказать тончайшая, пленка покрывает тело нашей планеты! Что это? Неужели на планетарном уровне организации структуры Земли земная кора - это и есть ее физическая поверхность?! Ответить на это можно только положительно! Как следствие, мы должны и геологию отнести к науке"поверхностной", поскольку в глубины планеты ее собственный взгляд проник до уровня забоя Кольской сверхглубокой скважины, то есть примерно на 12 км. А те горные породы, которым мы приписываем (вернее, постулируем) глубинное происхождение, извлечены нами из земной поверхности, а то и просто найдены непосредственно на ней.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.