Изостазия как причина ряда ОПЯ

Представляется, что основное влияние экзогенных процессов и создаваемых ими феноменов (как и антропогенных или природно-техногенных воздействий) на земную кору и ее поверхность сказывается через нарушения изостатического поля Земли.

Эти нарушения могут осуществляться различными пу­тями, что обусловлено разнообразием и особенностями вызывающих их процессов и явлений, спецификой строения земных недр и релье­фа, продолжительностью и скоростью воздействия процесса или яв­ления, а также возможной длительностью возбужденной реакции земной коры и ее компенсационного восстановления.

С некоторой до­лей условности экзогенные причины изостатических движений мож­но определять по преобладающему процессу или явлению. По ним выделяются изостазии гляциогенная, гидрогенная, гипергенная, эк­зогенная, техногенная, антропогенная, геоморфогенная и др.

В настоящее время наиболее известна гляциогенная изостазия. Вызванные ею движения земной коры связаны со снятием нагрузки при таянии на земной поверхности ледниковых массивов и составля­ют, по оценкам, 250—500 м за последние 10 тыс. лет.

Установлена неравномерность изостатических воздыманий при снятии нагрузки, проявляющаяся как в запаздывании реакции на облегчение участков земной коры, так и в разномасштабности изменения поверхностных масс и их давлений на земную поверхность разного состава и строе­ния. Скорость гляциоизостатических движений достигает 5 см/год.

Гидрогенная изостазия начала упоминаться в связи с сооруже­нием крупных водохранилищ, огромная масса вод которых привела к возбуждению земных недр и их своеобразной активности. Но это следствие антропогенизации природной среды, а естественная гидро­генная изостазия обусловлена озерными и морскими трансгрессиями и наступающими за ними регрессиями, подъемом и спадом вод при наводнениях и речных разливах, образованием флювиогляциальных и лимногляциальных приледниковых бассейнов и их довольно быст­рыми спусками.

Сущность гидрогенной изостазии аналогична ледни­ковой — приобретение или потеря масс воды определенной тяжести. Установленные движения оценены в 100—150 м, а их скорость дости­гала 1,5—2,0 см/год.

О гипергенной изостазии стало известно лишь в последнее десяти­летие из работ Ю.П. Селиверстова. Суть явления заключается в том, что при выветривании горных пород с формированием мощных кор вы­ветривания и элювиальных покровов происходит миграция веществ с их выносом, что создает конечные продукты элювиогенеза, которые, как правило, вдвое легче исходных пород.

Значительные мощности поверхностных преобразований горных пород (десятки и первая сотня метров сохраняющихся кор выветривания) и огромные площади их раз­вития (десятки и сотни тысяч квадратных километров) приводят к су­щественным изменениям масс земной коры и их изостатическим сме­щениям.

Контрастность последних усиливается пространственным со­четанием областей выветривания и сноса с областями аккумуляции: первые обычно испытывают устойчивые воздымания, а вторые — опу­скания, которые в большой степени обусловлены седиментационно-геохимическими процессами перераспределения минеральных масс приповерхностных частей земной коры.

Суммарный эффект переме­щений, спровоцированных гипергенными проявлениями, соизмерим с эффектом неотектонических движений — это первые сотни метров за 10 млн лет. Видимо, можно сказать, что неотектонические движения в конкретных случаях полностью определены гипергенной изостазией и для них не следует искать объяснений в глубинах земных недр.

Экзогенная изостазия заключается в облегчении возвышенных массивов земной коры за счет их эрозионного и иного расчленения с выносом материала из возникающих «вырезов» рельефа в сосед­ние области аккумуляции — впадины разного масштаба и проис­хождения. Это явление усиленно стало изучаться в последние 10— 15 лет.

Расчеты, принятые тектонистами и математиками, свиде­тельствуют о возможных для Тянь-Шаня и Памира изостатически предопределенных неотектонических движениях в 600 м за 1 млн лет при средней скорости 0,6—1,0 мм/год. Деформирование лито­сферы Памира из-за неравномерно распределенных по площади на­грузок под действием эрозионно-денудационных процессов установ­лено и для неогена.

Срез части горных пород, слагающих хребты, возникновение глубоких речных долин, «разъедание» вершинных поверхностей ледниковыми цирками и карами должны были бы привести к отрицательным изостатическим аномалиям, чего не об­наруживается при тщательном анализе геолого-геофизических дан­ных.

Это убедительно свидетельствует о том, что перераспределе­ние масс на поверхности Земли практически немедленно компенси­руется перераспределением глубинных масс.

Таким образом, напряжения, связанные с изменением внешней нагрузки, приводят к достаточно быстрым деформациям литосферы. Проявления экзо­генной изостазии можно назвать и морфогенными, так как они обусловлены созданием рельефа земной поверхности.

Техногенная и антропогенная изостазии, спровоцированные хо­зяйственной деятельностью человека, проявляются в различных гео­графических и геологических ситуациях. Эти возбужденные челове­ком реакции земной коры были обнаружены и стали объектом инст­рументального изучения около 50 лет тому назад. Наблюдения преследовали вначале практическую цель — сохранение инженерных сооружений, но постепенно, по мере их накопления, обобщения и анализа, они приобрели большое теоретическое значение. Благодаря им стало возможным по-иному представить масштабность многих природных и активизированных человеком процессов и вызываемых ими явлений, определить их роль в истории Земли.

Кроме того, ко­личественные характеристики наблюдаемых процессов и феноменов позволили устанавливать тенденции их развития в зависимости от темпов и масштабов освоения территорий и внешних воздействий, со­поставлять наблюдаемое с зафиксированным в геологических разре­зах и рельефе, прогнозировать возможные проявления активности земной коры.

Здесь прежде всего необходимо обратить внимание на прогиба­ние земной поверхности под тяжестью гидротехнических сооружений с большими массами подпруженных вод (водохранилища Ка­риба на юге Африки, Мид в США и др.), скорость которого состав­ляет до 0,9 см/год. Параллельно с чашевидным прогибанием повер­хности в радиусе 60—100 км от водохранилищ постоянно отмеча­ется усиление или возникновение сейсмических явлений с сильными землетрясениями. Причем ритмика и интенсивность сей­смических толчков тесно связаны с колебаниями уровня водохра­нилищ, темпов спусков и наборов вод.

Сходные последствия обусловлены эксплуатацией месторождений подземных вод, нефти, газа, приводящей и к активизации сейсмич­ности, и к возникновению плоских прогибов. Площади мульд оседа­ния достигают 3500 км², а прогибание — 9 м за 50—70 лет, причем ежегодные оседания в ряде мест измеряются десятками сантиметров. Эти явления чаще всего вызывает интенсивная откачка подземных вод на хозяйственные нужды для нормального функционирования растущих городов. В результате начинаются перемещения земных масс, захватывающие значительные глубины, а не только уплотняю­щие поверхностные породы.

Так, например, в Венеции негативный эффект антропогенной изостазии наложился на естественный процесс прогибания дельты р. По, что привело к возрастанию скорости про­гибания с 1926 по 1961 г. вдвое (от 0,23 до 0,5 см/год); при этом установленная по геологическим и археологическим материалам скорость естественного опускания дельтовой поверхности составляла 1 мм/год. В Мехико суммарно прогибание поверхности за столе­тие захватило в основном верхние 50 м покрова. Скорость осе­дания, составлявшая в 1938 г. 4 см/год, стала резко возрастать и равнялась в 1938—1943 гг. около 15 см/год, в 1948—1952 гг. — 30 см/год. Принятые меры позволили уменьшить скорость прогиба­ния в 1970—1973 гг. до 5 см/год. Однако если к 1959 г. погружение превысило 4 м, то к концу 70-х оно достигло 9 м.

Подобные примеры могут быть продолжены, но все они будут свидетельствовать о достаточно быстрой реакции земной коры на раз­личные воздействия человеческой деятельности. Пока нет, к сожале­нию, точных данных о движениях земной коры под влиянием значи­тельных подземных пустот, возникающих при добыче твердых полез­ных ископаемых, когда объем вынутой породы подчас очень велик.

Есть единичные сведения о том, что сооружение крупных карьеров и выемок приводит к поднятиям поверхности и их днищ, причем сред­няя скорость подъема дна котлована за период наблюдений от 3 до 9 лет была 18 см/год. Как показали глубинные реперы, процесс раз­грузки пород проявлялся до глубины 50—75 м. При этом котлован был площадью лишь 0,6 км² и глубиной до 31 м.

Изложенное выше позволяет с достаточным основанием утверж­дать о наличии и большой роли геоморфогенной изостазии как сум­марного явления, связанного с компенсационными движениями зем­ной коры при потере или, наоборот, приобретении значительных масс минерального вещества. Эти движения образуют или модифицируют неровности земной поверхности — ее рельеф. Усложняют и способствуют развитию данного явления практически постоянно сосуществу­ющие процессы денудации и аккумуляции, усиливающие контраст­ность и масштабность возникающих движений и их выраженность в формах земной поверхности.

Пока еще не оценен суммарный эффект от перемещения земных масс при конкретном рельефообразовании, скульптурно-денудацион­ные процессы которого состоят из элювиогенеза с гипергенезом, эро­зионного расчленения, нивальной экзарации, эоловой дефляции, кар-стово-суффозионных явлений, и от поверхностной эрозии или дену­дации (плоскостного смыва с эрозией почв). Совместно они приводят к облегчению массивов земной коры из-за выноса минеральных ве­ществ и последующему (а по достижении предела сохранения инер­ции ранее установившегося природного равновесия) сопутствующему уравновешиванию его с воздыманиями земных масс. Аккумуляция сносимого и приносимого материала способствует прогибанию земной поверхности под его тяжестью.

Расчеты и наблюдения позволяют определить ориентировочные потери земных масс в зависимости от происходящих процессов и явлений. Для равнинно-холмистых территорий, где образуются субаэральные покровы почвенно-элювиальных толщ и кор выветрива­ния, потери масс в среднем за неотектонический этап (последние 15 млн. лет) составляют: а) за счет гипергенеза и поверхностного изменения горных пород с переходом их в глинистый элювий — примерно 500 т/м²; б) в результате поверхностных (плоскостных) смывов — примерно 1000 т/м²; в) под действием эрозионных и иных линейных врезов (при пораженности 1/3 площади и средней глубине расчленения 100 м) — примерно 1000 т/м². В сумме это дает 2,5 млрд. т/м². Для горных территорий сложного развития эта величина больше, особенно за счет врезов и смывов.

В целом на земной поверхности экзогенными процессами переме­щаются огромные массы минеральных веществ. За счет механическо­го сноса неледниковая суша ежегодно теряет около 36 млрд т обло­мочного материала. Распределен снос по территориям крайне нерав­номерно, что усиливает значение потерь при соотнесении их с площадью денудации. Этот осадок аккумулируется в определенных местах, где мощность земной коры возрастает, что неминуемо отра­жается на всей толще земных недр.

Указанные процессы, приводящие к феномену геоморфологиче­ской изостазии, резко активизируются при антропогенных нагрузках. Так, техногенная изостазия, связанная с заиливанием искусствен­ных водохранилищ, сопровождается аккумуляцией значительных оса­дочных толщ на ограниченных пространствах и разрастанием обвально-осыпных и оползневых явлений. При накоплении толщ осадков в понижениях между горами и в озерных бассейнах активизируется эк­зогенная изостазия.

Существенное влияние на геолого-геоморфологи­ческую обстановку должны оказывать возникающие бассейны стока со­леных вод от орошения — размеры некоторых из них соизмеримы с крупными озерами (Сарыкамышский, Айдаркульский, Каракырский,Аякагытмаский и др.). В экзогенном воздействии на ОПЯ, связанные с движениями земной коры, возросла также роль эолового переноса. Массы смещаемого при пылевых бурях материала оцениваются милли­ардами тонн.

Например, за 9-часовую бурю в Сальских степях выпада­ло пыли 150—200 т/км², а общая масса достигла 5 млн т на 30 тыс. км². В районе Каира ежегодно выпадает до 4 тыс. т мелкой пыли на 1 км². Вряд ли это проходит бесследно для земной коры, но количественных доказательств пока нет. Есть основания предполагать, что появление значительных массивов эоловых песков и покровов лёссов в Казахстане и Средней Азии привело к возбуждению земных недр.

В результате осу­шения берегов Аральского моря и усиления дефляционных процессов только с северо-восточного побережья ежегодно выносится за пределы впадины Арала 50 млн. т рыхлого материала, что вместе с продолжаю­щимися потерями водных масс нарушает неустойчивое природное рав­новесие и усложняет процессы изостатических перемещений.

Кстати, неожиданный для исследователей подъем уровня Каспийского моря мо­жет быть также связан с изостатическими компенсациями облегчения земной коры на его площади (при снижении уровня на 3 м за 1930—1977 гг. потери водной массы составили около 1100 км³). Такой объем потерь мог вызвать изостатическое поднятие Каспийской впади­ны с изменением днища и «выталкиванием» воды — повышением уровня моря, не сопровождавшимся увеличением водности.

Таким образом, изменение гравитационных нагрузок на зем­ную кору вызывает ее смещения независимо от причин наруше­ния равновесного состояния. Следовательно, экзогенные (и техногенные или антропогенные) процессы способствуют движению зем­ных масс, т. е. в определенной степени являются их причиной.

Более того, фактического материала уже достаточно, чтобы гово­рить о соизмеримости спровоцированных экзогенезом тектониче­ских движений (так сказать, отраженных земной корой перемеще­ний поверхностных масс) и устанавливаемых исследователями не­отектонических движений эндогенного характера.

Отсюда можно заключить, что изостатические перемещения, обусловленные экзогенно-антропогенными процессами, могут быть ответственны за многие ОПЯ, которые пока еще связывают только с внутренними силами Земли, строя на этом прогнозы их возникновения и защиты от них.

Дата добавления: 2014-01-06