Страницы авторов "Тёмного леса"
Пишите нам! temnyjles@narod.ru
Современные вертикальные движения земной коры хорошо известны в Московском регионе, и обычно их связывают с тектоническими процессами (Макаров, Певнев, 1997). Автор данной заметки выдвигает гипотезу, согласно которой основная часть таких движений обусловлена действием современных поверхностных сил, то есть это экзогенный процесс. Основная часть фактического материала для заметки содержится в коллективной монографии "Москва: геология и город" (1997). Данная заметка - это текст доклада, который автор прочитал перед членами любительского ботанического кружка у себя дома 8-го апреля 2018 г., то есть в обстановке неофициальной, и этим обусловлена специфика текста: слушатели приглашаются к совместным рассуждениям (отсюда "мы можем...", "мы рассматриваем..."), литература приведена не полностью и т.д.
Современные движения земной коры в Москве и её ближайших окрестностях подробно рассмотрены В.И.Макаровым и А.К.Певневым (1997). Они составили соответствующую карту на основании данных С.И. Петренко, содержащихся в его отчёте за 1988 г., а исходными материалами явились результаты нивелирований I класса, выполненных в 1957 г. Мосгоргеотрестом (исходное нивелирование) и в 1977-1980 гг. Московским аэрогеодезическим предприятием (МАГП) (повторное нивелирование). Нивелирная сеть в Москве и её окрестностях закреплена на местности более чем сотней реперов, в том числе 19 глубинными реперами на глубине от 16 до 130 м, 45 реперами с глубиной закладки 2,5 м и 46 стенными марками в прочных устоявшихся зданиях (Макаров, Певнев, 1997). Такой подход обеспечивает достоверность результатов, и мы можем в дальнейшем отвлечься от методических вопросов и рассмотреть суть полученных результатов.
Тем не менее, одну оговорку методического характера нам всё-таки нужно сделать. Мы рассматриваем, прежде всего, естественные процессы, но поскольку это делается на примере Москвы, то приходится считаться с оседанием этой территории под тяжестью города и оседанием из-за откачки подземных вод. Хорошо известно, что каждый город порождает мульду оседания на площади, которая значительно превышает площадь самого города. Так, например, мульда оседания Москвы составляет в диаметре примерно 100 км, причём чем ближе к центру города, тем оседание происходит интенсивней: изолиния оседания со скоростью 3 мм/год проходит примерно по границе Москвы, которой раньше была Московская кольцевая автодорога; изолиния скорости оседания 2 мм/год - по диаметру 70 км (Карта..., 1986). Естественные движения вычленяются из этого искусственного фона. Но сам факт таких движений, обусловленных деятельностью человека, говорит о подвижности земной поверхности, о возможности вертикальных движений под действием тяжести, и это будет иметь значение для наших последующих рассуждений.
Теперь вернёмся к естественным движениям, которые происходят в настоящее время и происходили раньше, ещё до появления города, что доказывается расположением древних одновозрастных осадочных пород на разных глубинах (Макаров, Певнев, 1997).
Итак, в Москве и её пригородах выделяются 5 блоков, обладающих единым вертикальным движением. Все они опускаются из-за давления городских построек и откачки подземных вод, но опускаются с разной скоростью.
Медленнее всего опускается Теплостанская возвышенность, то есть она медленно опускается относительно уровня моря, но поднимается относительно других частей Москвы, а потому, если рассматривать естественные процессы, то можно считать, что Теплостанская возвышенность претерпевает подъём. Это означает, что, когда города не было, она на самом деле росла относительно уровня моря.
Рассмотрим вертикальное движение других блоков относительно Теплостанской возвышенности, скорость которой условно примем за нулевую. Быстрее всего опускается Мещерская низменность на востоке города - 2 мм/год. Московский центр (почти всё москворецкое левобережье выше впадения Яузы и небольшая часть левобережья Яузы близ её устья) опускается со скоростью 0,5-1 мм/год, то есть медленнее Мещерской части города. Почти столь же медленно или ещё медленней опускаются территории, примыкающие к Москве с севера и с запада (в пределах левобережья р.Москвы).
Обобщающий вывод напрашивается сам собой. Если за точку отсчёта (за нулевую скорость вертикального движения) принять что-то усреднённое между всеми скоростями, то получится, что возвышенности растут, а низменности опускаются. С одной стороны этот вывод тривиален: возвышенности потому и являются возвышенностями, что они хоть и медленно, но растут. А низменности потому и низменны, что опускаются.
При этом очевидно, что возвышенности подвергаются более мощной эрозии (речной, ветровой и прочей), чем низменности. Реки, стекающие с возвышенностей, текут быстрее, а потому сильнее подмывают берега, переносят больше осадочного материала - и в виде мути, и в виде перекатывающихся по дну валунов, что доказано прямыми наблюдениями. Вещество с возвышенностей перемещается на низменности, где оседает, накапливается.
А отсюда следует ещё один вывод, уже не столь тривиальный: поверхностные силы не в состоянии воспрепятствовать росту возвышенностей; они частично нивелируют возвышенности, но лишь частично. Или же между ростом возвышенностей и разрушением их под действием воды и ветра существует равновесие: возвышенности могут подняться до определённой высоты, пока их рост не уравновеситься действием поверхностной эрозии. Примерно то же можно сказать о низменностях: они не могут заполниться осадочным материалом в той степени, чтоб перестать быть низменностями и исчезнуть на фоне возвышенностей, так как продолжают опускаться. Новые осадочные слои ложатся поверх старых, но не обеспечивают в среднем большую (с ударением на первом слоге) высоту местности, так как старые осадочные слои опускаются и, вероятно, с той скоростью, которая соответствует накоплению новых слоёв.
Уже из этого соответствия скоростей напрашивается вывод о взаимосвязи всех перечисленных процессов, о равновесии между ними. Правда, если говорить о традиционных представлениях, то скорость подъёма возвышенностей и опускания низменностей объясняются какими-то глубинными процессами и не подстраивается под скорость эрозии на возвышенностях и скорость накопления осадочного материала в низменностях. Это эрозия и накопление осадков "подстраиваются" под рост и опускание, так как увеличивают интенсивность в зависимости от скорости роста/опускания.
В своей гипотезе я пытаюсь показать, что рост возвышенностей и опускание низменностей сами зависят от эрозии и накопления осадков, что всё это взаимосвязанные процессы, но для этого нам нужно отвлечься от процессов на равнине и рассмотреть ряд других вопросов.
В данном случае мне нужно извиниться перед слушателями (читателями), так как научную литературу на данную тему я не знаю. Я не занимался "геологией вообще", а интересовался именно Москвой и Московской областью, знакомился с региональной геологией. Что же касается общих проблем геологии, то я изучал их по вторичным источникам (по научно-популярным книгам и статьям), но положения, на которые я опираюсь в данном случае, более или менее известны и, наверное, могут считаться общепринятыми.
Существование возвышенностей и низменностей обычно объясняют горизонтальными давлениями литосферных плит друг на друга. Литосферные плиты, включающие материки и прилегающие к ним океанические области, причудливо перемещаются по поверхности Земного шара, скользят одна вдоль другой, расходятся, сталкиваются, подминают одна другую. При таких столкновениях образуются горы: более тяжёлая плита тонет, уходит под относительно лёгкую плиту и потом перемещается вглубь Земного шара, где плавится, исчезает, а лёгкая плита "вспучивается", "задирается" своим краем и образует горы. Есть и другие механизмы образования гор. Горы воздымаются в виде плоскогорий в местах, где вверх "бьёт" горячая мантийная струя (в Африке), возникают в виде складки на переднем краю движущегося материка (Анды и Кордильеры в Америке, Большой Водораздельный хребет и Австралийские Альпы в Австралии), оконтуривают разломы "трескающихся" материков (вблизи озёр Ньяса и Танганьика в Африке), вырастают с океанического дна в виде срединных океанических хребтов (например, в Атлантическом океане), но первый механизм мне представляется главным. Так возникают самые высокие горы вроде Гималаев.
Но столкновения между плитами влияют не только на периферийные области. Если две плиты давят одна на другую, то они могут как бы "сморщиваться в гармошку", то есть возникают чередующиеся прогибы и поднятия. Особой регулярности в этом чередовании прогибов и поднятий нет, но само явление более или менее понятно, и таким образом (по крайней мере, в научно-популярной литературе) объясняют существование возвышенностей и низменностей на равнинах на большом удалении от края литосферных плит.
В этом разделе я тоже опираюсь на научно-популярную литературу, которую не цитирую, но часть цитат имеется в моём сводном конспекте "Солнечная система" (раздел "Земля") на сайте любительского журнала "Тёмный лес".
Итак, существование возвышенностей и низменностей обычно (или очень часто?) объясняют горизонтальным давлением литосферных плит одна на другую. Отчасти с таким объяснением я могу согласиться. Известно, например, что литосферные плиты иногда претерпевают наклоны в ту или иную сторону. Например, Русская равнина в какое-то время (в юрском и меловом периодах) наклонялась на восток, в результате чего аналог Каспийского моря увеличивался в размерах, заливал Предуралье и распространялся на запад примерно до Москвы - до Теплостанской возвышенности, которая и тогда возвышалась над окружающей местностью. Такие большие наклоны, конечно, связаны с тектоникой плит, с явлениями глубинными, тектоническими, так как именно глубинные силы приводят в движение материки.
Но объяснить разницу между Теплостанской возвышенностью и Мещерской низменностью такими боковыми давлениями я уже не могу. Границы между возвышенностями и низменностями слишком резкие и слишком постоянные, чтоб зависеть от соседних плит. Получается, что наклон Русской равнины изменился, так как изменилось давление со стороны других плит, а чередование возвышенностей и низменностей осталось тем же. Ведь море много раз подходило к Теплостанской возвышенности, причём с разных сторон, а возвышенность оставалась на том же месте. Логичней объяснить существование возвышенности какими-то постоянными местными причинами, которые не зависят от изменчивого давления соседних плит.
В разделе 3 уже говорилось, что при столкновении литосферных плит образуются горы: более тяжёлая плита уходит под относительно лёгкую, а лёгкая "задирается" своим краем и образует горы. Отсюда следует, что земная кора в горных районах обладает относительно малой удельной плотностью, то есть она легче.
Мне приходилось читать (литературный источник не вспомню), что горы на стыке литосферных плит сохраняются не только из-за динамических процессов столкновения плит, а также потому, что сложены более лёгким материалом. Из-за своей относительной лёгкости (меньшей удельной плотности) эти участки земной коры как бы плавают над остальными. Если бы горы были тяжелее или даже той же плотности, они бы вскоре утонули, погрузились, и данный участок материка не возвышался бы над другими участками. Значит, горы и более плотные участки уравновешены.
Но что происходит с горами под действием эрозии? Часть их материала переносится на соседние низменные участки. Это значит, что равновесие нарушается, и мы можем предположить, что горы начинают расти, "всплывать".
Значит, рост молодых гор обусловлен одновременно двумя причинами: 1) "вспучиванием" из-за давления литосферных плит одна на другую; 2) нарушением равновесия из-за поверхностной эрозии.
Попробуем перенести на равнину наши выводы, сделанные на примере гор. Давление литосферных плит одна на другую, как мы уже договорились, не влияет на чередование возвышенностей и низменностей. Это чередование обусловлено какими-то местными причинами. Можно предположить, что возвышенности, как и горы, плавают на поверхности мантии и возвышаются над остальной местностью, так как сложены более лёгким материалом.
Эрозия нарушает это равновесие, перенося материал с возвышенностей в низменности, и тогда возвышенности начинают "всплывать", расти, чтоб опять прийти в равновесие с низменностями. Поэтому мы и наблюдаем рост Теплостанской возвышенности относительно Мещерской низменности. Значит реки, разрушающие возвышенности, это одна из основных причин роста возвышенностей. Для Теплостанской возвышенности особое значение имеет река Москва, так как она существенно больше других рек, и масштаб этого разрушения мы видим в Фили-Кунцевском лесопарке, на Воробьёвых горах и в Коломенском в виде оползней, следующих один за другим и образующих особенный оползневый рельеф.
Земная кора, в отличие от мантии, - это твёрдое образование: базальты, гнейсы, известняки... Как это твёрдый материал может быть текучим? А у нас получается, что какие-то участки коры всплывают относительно других, какие-то - опускаются, то есть идёт перемешивание, как в жидкости.
Да, идёт перемешивание. Земная кора тверда относительно мантии, но и мантия тверда относительно настоящих жидкостей. Течёт мантия со скоростями в несколько сантиметров в год. А земная кора "течёт" со скоростями в несколько миллиметров в год. Даже граниты в глубине земной коры могут перекристаллизовываться, образуя гранитогнейсы и гнейсы, то есть даже кристаллические породы "текут".
Относительная текучесть земной коры доказывается существованием мульды оседания под большими городами. Велико ли давление города на земную кору? Дома внутри почти пусты и стоят на удалении один от другого. Если наш город средней высотой в двадцать пять метров разрушить и равномерно "размазать" по городской поверхности, то, наверное, получится слой материала высотой не более 5 м. Тем не менее, и этого достаточно для дополнительной скорости оседания в 3 мм/год.
А как поведёт себя слой толщиной в 100 м? Примерно на такую высоту возвышенности возвышаются над низменностями. Наверное, это очень значимая разница, и возвышенности стали бы быстро тонуть, если бы обладали той же средней плотностью, что материал низменностей. Они же не тонут и, наоборот, растут. Значит, они сложены в среднем менее плотным материалом.
Вопрос можно сформулировать иначе. Почему Русская равнина и в частности Московский регион сложены материалом, который в разных местах характеризуется резко различной плотностью?
В данном случае нам нужно перенестись в то время, когда возникла наша литосферная плита, то есть в архейскую эру. Предполагается, что в это время земная кора была относительно тонкой и легко сминалась в складки, то есть в пределах будущей Русской равнины много раз возникали и исчезали горы. Горные и межгорные области замысловатым образом чередовались, и разница в удельной плотности тех или иных участков Русской равнины заложилась ещё в это время.
Получается, что современные возвышенности - это потомки древних архейских гор. Это не значит, что такие возвышения существовали постоянно. Они могли разрушаться прибоем наступающего моря, "спиливаться" реками, но сохранялись участки пониженной удельной плотности, а потому при отступлении моря или при перемещении долины большой реки возвышенности восстанавливались, вырастали до тех пределов, пока не уравновешивались возросшей эрозией.
Если бы эрозии не было, возвышенности могли бы вырасти на большую высоту (почти до горных масштабов), пока их давление на мантию не стало бы таким же, как у окружающих низменных участков. Поэтому в длительные засушливые периоды (например, в палеогене) Теплостанская возвышенность могла быть гораздо выше, и вроде бы имеются сведения, что так и было. Значит, климат может корректировать высоту местности над уровнем моря и определять перепады высот!
Рост возвышенностей (и опускание низменностей) будет продолжаться до тех пор, пока весь лёгкий материал, то есть весь столб из такого материала на всю 100-километровую глубину земной коры, не поднимется на поверхность планеты и не рассредоточится равномерно по низменным окрестностям. То есть всё это будет происходить до тех пор, пока не исчезнет разница в плотности материала разных частей земной коры.
Перемешивание материала на нашей планете продолжается: лёгкое всплывает, а тяжёлое тонет даже в пределах земной коры, которая на первый взгляд является совершенно твёрдым слоем.
Карта современных вертикальных движений земной коры на территории Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Румынии, СССР (Европейская часть), Чехословакии. Масштаб 1:2500000. 1986.
Макаров В.И., Певнев А.К. Современные движения земной коры // Москва: геология и город / Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. - М.: АО "Московские учебники и Картолитография", 1997. С.167-173.
Москва: геология и город / Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. - М.: АО "Московские учебники и Картолитография", 1997. 400 с.
Главная страница сайта
Страницы авторов "Темного леса"
Страницы Юрия Насимовича.
Последнее изменение страницы 10 Oct 2018