ГЕОМОРФОЛОГИЯ
№ 1 январь-март 2013
Уважаемые читатели!
Первый номер нашего журнала за 2013 год открывается разделом, состоящим из работ, посвященных результатам морфоструктурных исследований. Морфоструктур-ный анализ или учение о морфоструктуре и морфоскульптуре был предложен И.П. Герасимовым в 1946 г. и позже развит им совместно с Ю.А. Мещеряковым. Во второй половине прошлого века это новое прогрессивное направление получило широкое развитие в нашей стране. С позиций морфоструктурного анализа в те годы были получены серьезные научные результаты: составлены геоморфологическая и карта поверхностей выравнивания СССР м-ба 1 : 2500000, Палеогеоморфологический атлас СССР, опубликованы монография "Рельеф Земли", пятитомная серия монографий "Рельеф СССР", множество геоморфологических карт разных масштабов на территорию СССР и ряда зарубежных стран, включая соответствующие карты национальных атласов Кубы, Монголии и Вьетнама.
Были разработаны теоретические вопросы морфоструктурного анализа, созданы основы учения о полигенетических равнинах, классификация морфоструктур, изучалась проблема соотношения размеров морфоструктур и глубины их формирования, специфика морфоструктур континентов и океанического ложа, их современные движения, механизмы и особенности формирования и др.
Вопросы морфоструктурного анализа широко обсуждались на всесоюзных и международных конференциях, Пленумах Геоморфологической Комиссии АН СССР. Неоднократно проводились дискуссии и на страницах нашего журнала. В XXI в. общий интерес к морфоструктурному анализу несколько снизился, но ряд геоморфологических организаций и геоморфологов продолжают работу в этом направлении. Мы предлагаем Вашему вниманию небольшой подбор статей по этой тематике.
Редколлегия журнала "Геоморфология"
Рельеф и тектоника. Морфоструктурный анализ
УДК 551.4.013
© 2013 г. В.Вад. БРОНГУЛЕЕВ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭНДОГЕННЫХ И ЭКЗОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РОСТЕ ЛОКАЛЬНЫХ МОРФОСТРУКТУР
Введение
Взаимодействие тектонических деформаций земной поверхности и экзогенных процессов, в ходе которого возникает и развивается рельеф Земли, составляет один из интереснейших предметов изучения геоморфологии. В частности, как писал Д.А. Тимофеев, "геоморфолог стремится выяснить насколько, каким образом и когда мор-фоскульптура видоизменила морфоструктуру (тектоническую форму)" [1]. Однако до
настоящего времени в геоморфологии преобладают лишь общие представления о таком взаимодействии. Так, например, мы признаем, что тектоника создает контрастный рельеф земной поверхности, а экзогенные процессы, противодействуя ей, в конечном итоге выравнивают его; мы знаем также, что тектоника создает предпосылки для развития экзогенных процессов, во многом определяя их особенности и т.д. Вопросу, как именно преобразуется морфоструктура, если одновременно с тектоническими деформациями действуют процессы экзоморфогенеза, после В. Пенка [2] достаточного внимания не уделялось.
Одним из путей выяснения того, каким образом экзоморфогенез изменяет первично-тектонические формы, может служить математическое моделирование этого взаимодействия. В последние десятилетия опубликовано большое количество подобных работ, посвященных взаимодействию экзогенных и эндогенных процессов в масштабе обширных регионов (горных стран, крупных массивов и т.п.), когда эрозионные процессы приводят к значительному перераспределению масс на поверхности земли и тем самым изменяют напряженное состояние и реологические свойства земной коры или всей литосферы, что в свою очередь изменяет ход тектонических процессов [3-5 и др.]. Ведутся исследования по математическому моделированию отдельных экзогенных процессов - речной эрозии, склоновых процессов и др. Так, модели развития уступа под действием линейной эрозии или по диффузионному закону (т.е. под действием вязкого течения грунта) рассмотрены, например в [6, 7]; модель эволюции ландшафта в результате отступания склонов со скоростью, пропорциональной их уклону предложена в [8], модель развития подрезаемого склона разработана в [9] и т.д. Как правило, в таких исследованиях рассматривается уже созданная тектоникой форма рельефа и ее последующее развитие под действием экзогенных процессов.
В предыдущей работе автора, посвященной трехмерному кинематическому моделированию развития склонов [10], было рассмотрено влияние уклона, профильной и плановой (вертикальной и горизонтальной) кривизны на особенности морфологии разрушающегося склона. При этом рассматривалось развитие некоторой исходной формы рельефа без участия тектонических деформаций. В данной статье мы хотим показать, как развиваются локальные морфоструктуры, создаваемые тектоническими деформациями того или иного типа при одновременном действии процессов разрушения склонов. При этом интересно сравнить формы, возникающие при последовательном действии тектоники и экзогенных процессов, с формами, образующимися при одновременном действии тех и других. Первый случай соответствует быстрому поднятию, в ходе которого экзоморфогенез не успевает заметно изменить морфологию первично-тектонической формы, и преобразует ее лишь после окончания поднятия. Во втором случае скорость действия экзогенных процессов сравнима со скоростью поднятия, и к моменту его окончания возникшая форма уже не является чисто тектонической, но заметным образом преобразована.
В работах [10, 11] были описаны достоинства и недостатки кинематического моделирования, поэтому здесь мы не будем на них останавливаться. Там же содержится вывод основного уравнения, используемого в модели:
дк/дг = -А | gradh | + БК,ер - СКгор У 1 + | ЕТаак |2 + / (х, у, г). (1)
Здесь дк/дг - скорость перемещения поверхности склона (снижению соответствуют отрицательные значения), |gradh| - абсолютная величина градиента поверхности, Квер и Кгор - вертикальная и горизонтальная кривизны, /(х, у, г) - скорость тектонических движений.
При его выводе было принято, что скорость отступания склона по нормали к поверхности пропорциональна силе, сдвигающей частицы вниз по склону, т.е. синусу угла наклона поверхности, а также зависит от ее вертикальной и плановой кривизн.
Напомним, что коэффициенты А, В и С в правой части уравнения (1) показывают вклады, соответственно, параллельного отступания склона, связанного с углом его наклона, снижения, обусловленного вязким течением материала, т.е. пропорционального вертикальной кривизне склона, и снижения, вызываемого предполагаемым дополнительным выветриванием выпуклых ребер склона, т.е. пропорционального плановой кривизне склона. Величина каждого коэффициента численно равна скорости снижения дк/дг при условии, что выражение, множителем которого он является, равно единице, а другие члены равны нулю. Например, А = 1 означает, что склон крутизной 45° снижается со скоростью равной 1 (в условных единицах). Конкретное значение зависит от соотношения пространственного и временного шагов модели. Если они равны, соответственно, 1 м и 1000 лет, то эта скорость составит 1 мм/год. Граничным условием во всех дальнейших примерах служит равенство высоты поверхности нулю на границах рассматриваемой прямоугольной площади. Устойчивость решения достигается выбором достаточно малого шага по времени, а также включением в расчетную программу процедур локального сглаживания некоторых параметров.
Взаимодействие процессов деградации склонов с тектоническими поднятиями различной формы
Блоковое поднятие. Пусть вертикальное поднятие прямоугольного блока продолжается с постоянной скоростью до определенного момента времени гтах, после чего рост прекращается. Функция /(х, у, г) в этом случае представляет собой константу в пределах заданных интервалов по осям х и у, величина которой и определяет скорость поднятия. Если эта скорость существенно превосходит скорость денудации, то к моменту гтах сформируется морфоструктура, практически не измененная экзогенными процессами. Ее дальнейшее развитие под действием последних будет определяться их скоростью и, в рамках принятой модели, соотношением коэффициентов А, В и С. На рис. 1А показан прямоугольный тектонический блок в тот момент, когда подъем прекратился и морфоструктура достигла своей максимальной высоты, а на рис. 1Б, В -изменения ее формы (рис. 1Б, В) в случае преимущественного действия механизма параллельного отступания склонов. Можно заметить, что крутые склоны сохраняются на протяжении всего времени разрушения поднятия, а у его подножия формируется горизонтальная поверхность. Напомним, что в данной модели отступания склона предполагается удаление тем или иным образом продуктов разрушения склона от его подножия, т.е. развитие по типу педиментации. В противном случае склон будет замещаться снизу более пологой осыпью. Если отступание склонов отсутствует, а снижение происходит только за счет второго члена уравнения (вязкого течения), то это снижение происходит весьма медленно (рис. 1Г), даже если коэффициент В велик. Если, наконец, действуют оба процесса, т.е. и А, и В не малы, то деградация первично-тектонической формы происходит быстрее всего (рис. 1Д). При этом, как и следовало ожидать, склоны приобретают гладкий выпукло-вогнутый профиль. Вклад третьего члена уравнения с коэффициентом С во всех этих случаях мы принимали небольшим, поскольку действие этого фактора ограничено элементами с достаточно малым радиусом плановой кривизны, и на рисунках его влияние выражено в некоторой сглаженности вертикальных граней формы и незначительной уплощенности ее вершины. Увеличение коэффициента С приводит к более заметному "округлению" формы, уплощению ее вершины и более быстрому снижению.
Рассмотрим теперь, какую морфологию приобретет поднимающийся блок при одновременном действии процессов разрушения его склонов. Пусть поднятие блока происходит с той же скоростью и продолжительностью, что и в первом случае, но экзогенное отступание склонов происходит с самого начала со скоростью, сравнимой со скоростью поднятия. Понятно, что это условие не обязательно требует большой скорости разрушения, - такой же результат будет и при малой скорости поднятия, важно соотношение с
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.