Батыр Каррыев - Катастрофы в природе: Земля меняет кожу. Лавины, обвалы, оползни, провалы

• Название: Катастрофы в природе: Земля меняет кожу. Лавины, обвалы, оползни, провалы
• Автор: Батыр Каррыев
• Жанр: Прочая научная литература

Окружающий мир наполнен грандиозными перемещениями вещества на поверхности и внутри планеты. В соотношении с жизнью отдельного человека этот процесс почти незаметен лишь изредка напоминая о себе в моменты природных катаклизмов, таких как землетрясения, обвалы, снежные или каменные лавины. Книга об этих опасных явлениях природы.

---

Гравитация – главный фактор формирующий рельеф земной поверхности. Он общий для всех космических тел и определяется величиной массы, особенностями перемещения в пространстве и характером взаимодействия друг с другом. Основные отличия заключаются в энергетике протекающих в их недрах физико-химических процессов, составе атмосферы, наличии или отсутствии гидросферы и др.

Схема круговорота вещества на Земле.

Преобразование твердой оболочки и, следовательно, её рельефа происходит на всех планетах земной группы – на Венере, Земле, Марсе и Меркурии. На Земле оно идёт при значительном участии атмосферы и гидросферы поэтому в геологическом понимании очень быстро. Здесь их состояние, в первую очередь, связано с поступлением энергии от Солнца и определяет условно «деструктивные» темпы выполаживания рельефа. В то время как протекающие в ядре и мантии условно «созидательные» процессы формируют или сглаживает его «неровности».

Развитие Земли протекает в непрерывной борьбе этих сил между собой. Эндогенные процессы создают горные породы и минералы, образуют горы, поднятия, впадины и котловины. Экзогенные процессы разрушители всего того, что производят эндогенные процессы. Конвекционные процессы в земных недрах приводят к тектонической деформации земной коры и перемещению по мантии литосферных плит. Они же вызывают магматические явления в зонах спрединга, возникновение на окраинах континентов областей субдукции и горообразование на суше и морском дне.

Одновременно с горообразованием идёт процесс разрушения возвышенностей. Он предопределён усталостными процессами в горных породах, постепенным накоплением повреждений под воздействием переменных напряжений и физико-химических преобразований слагающего их вещества. Они изменяют его прочностные свойства, приводят к образованию трещин, их развитию и, в конце концов, к разрушению материала.

Это одна сторона вопроса. Другая связана со сложным взаимодействием земных пород с атмосферой и гидросферой планеты. При этом во всех случаях существенен фактор времени протекания рельефообразующих процессов. Несущественные по сравнению с жизнью отдельного человека они за сотни и тысячи лет приводят к значительным изменениям облика Земли.

Слагающие земную поверхность породы имеют сложную биографию происхождения – генезис. Их подразделяют на три основные группы. Первая это образовавшиеся при застывании магмы на земной поверхности (эффузивные) или в земных недрах (интрузивные) изверженные массивно-кристаллические породы. Изначально это была расплавленная масса температурой до двенадцати тысяч градусов по Цельсию. После остывания из неё сформировались такие породы, как гранит, базальт и диорит.

Затем, вынесенные на земную поверхность массивно-кристаллические породы подверглись эрозии, перепадам температуры и сложным физико-химическим воздействиям. Потеряв прочность, они сформировали осадочные породы. В образовании последних велика роль биоты – растений и животных. Ей обязаны своим происхождением известняки – ракушечники, мел, торф и другие.

Со временем осадочные породы снова претерпевают значительные изменения. Они уплотняются, а из природных растворов возникают новые минералы. Там, где происходит значительное отложение таких пород – на дне морей и океанов возникают многокилометровые осадочные слои. Своим весом они прогибают морское дно, где из-за высокого давления и температуры происходит их перекристаллизация с образованием метаморфических пород. Из-за горообразования они вновь выходят на земную поверхность где снова подвергаются выветриванию – физическому, химическому и биологическому преобразованию и разрушению.

Этот естественный и достаточно длительный процесс идёт с начала образования Земли как планеты. Как живой организм планета обновляет свою «кожу» – дневную поверхность до тех пор, пока не угаснут её жизненные силы. Другая его сторона обусловлена быстрыми гравитационными перемещениями уже сформированного земного вещества.

В горных областях на суше и морском дне там, где имеются значительные перепады высот и, соответственно, велика крутизна слонов, гравитационная составляющая в сочетании с атмосферными процессами, температурой и водной эрозией приводит к относительно быстрым и масштабным перемещением вещества – денудации. Под ней понимается совокупность процессов сноса и переноса водой, ветром и льдом продуктов разрушения горных пород в пониженные участки земной поверхности, где происходит их накопление.

Земная поверхность это дно огромного воздушного океана – атмосферы, оказывающей своим давлением влияние на её формирование. Атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха и изменяется в зависимости от места и времени. Тем не менее, несмотря на всю очевидность существования атмосферы только в 1643 году итальянский учёный Эванджелиста Торричелли доказал, что воздух имеет вес. С этого времени атмосферное давление – сила, с которой воздух давит на земную поверхность, рассматривается как один из рельефообразующих факторов.

Хотя суммарная масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы Земли она оказывает значительное влияние на все объекты, находящиеся на её поверхности. Один кубометр воздуха весит около одного килограмма, а вес всего воздушного столба над одним квадратным метром составляет более десяти тонн. Поэтому флуктуации давления во время циклонов и антициклонов способны провоцировать гравитационные перемещения вещества на ослабленных горных склонах. Преобладание тех или иных процессов в формировании рельефа, от эоловых (ветровой) до антропогенных, отражается в наименовании типов рельефа.

На суше гравитационные процессы обычно развиваются на склонах с углом наклона более тридцати градусов. На склонах меньшей крутизны происходят осыпания, при котором основную роль играет скатывание обломков по поверхности склона. Там же, где перепад высот не столь значителен – на побережье морей и океанов, стоках рек и их долинах значительную роль в снижении прочности земных пород и их перемещении играет ветровая и водная эрозия, ударные воздействия прибоя, русловые потоки и др.

В отличие от монотонных равнин горы представляют собой пеструю мозаику ландшафтов, где с высотой изменяются атмосферные и почвенные параметры. С увеличением высоты температура воздуха понижается – в среднем на один градус на каждые 180 метров высоты. Если у подножия лето, то на вершинах царит суровая зима, не тает снег и образуются ледяные массивы. При этом температурные характеристики отдельных горных районов – высотный температурный градиент меняются не только по сезонам, но и зависят от экспозиции и положения на склонах.

Особенности распределения температуры таковы, что в зависимости от высоты и форм рельефа ее значения существенно изменяются. Это трудно учитываемый фактор может стать причиной обвалов и осыпаний породы. В 1985 году в Кастел Вэлли штата Юта (США) произошел обвал объёмом около сорока тысяч кубометров. Его причиной стал резкий температурный перепад. Остывший ночью и обращенный к востоку утес утренним солнцем сильно нагрелся, что и спровоцировало обрушение горных пород.

С увеличением высоты изменяются такие факторы увлажнения, как количество осадков, облачность, влажность и плотность воздуха. Соответственно изменяется температурный режим поверхности, зависящий от температуры воздуха и свойств почвы. Он определяется способностью твердого вещества поглощать тепло – теплоёмкостью, определяемой минералогическим, гранулометрическим составом и влажностью, в том числе и содержанием в породе органических веществ.

По сравнению с равнинами для горных областей характерна большая суточная амплитуда колебаний температуры воздуха – около двадцати градусов по Цельсию и более. Это объясняется тем, что в разреженном воздухе происходит интенсивная теплоотдача – ночное выхолаживание, понижение температуры почвы и нижних слоев воздуха. С ним связаны приземные инверсии, явления заморозков и туманов.

Многим процессам на Земле свойственна цикличность: ночь сменяет день, зиме наследует лето, а приливам – отливы. Выраженные через параметры состояния вещества, такие как температура или влажность, они характеризуют и скорость протекания в нём усталостных явлений.

Совместное действие температуры и влажности приводит к потере прочности горных пород и чем больше амплитуда их колебаний, тем ощутимее их воздействие. О том, как происходит ослабление прочности пород, показали исследования в Йосемитском национальном парке штата Калифорния в США. Здесь за год происходят сотни камнепадов и примерно 15% из них без видимой причины – т.е. в отсутствие таких провоцирующих явлений, как землетрясения, обильные осадки или циклы замерзания – оттаивания.