Структурно-геоморфологические методы, спутниковая альтиметрия

Структурно-геоморфологические методы основаны на изучении особенностей современного рельефа, поскольку этот рельеф создан новейшими движениями и деформациями.Структурно-геоморфологические методы восстановливают новейшие структуры и создавшие их деформации по особенностям рельефа и выявляют новейшие структуры.Здесь существует несколько методов.


Орографический и батиметрический методы,спутниковая альтиметрия

Наиболее простые из геоморфологических методов. Первый из них применим в тех областях суши, где скорость вертикальных движений намного превышает скорость денудации. В областях внутриконтинентального орогенеза сводовые и сводово-глыбовые поднятия и разделяющие их впадины отчетливо выражены в рельефе.

Поднятия и прогибы разного масштаба, находящиеся ниже базиса действия волн, на глубине 150—200 м непосредственно выражены в рельефе морского дна и могут обнаруживаться батиметрическим методом. Начиная с конца 70-х годов важную информацию о подводном рельефе океанского дна дает спутниковая альтиметрия (лазерная и радарная), поскольку с ним тесно связан и рельеф поверхности воды Мирового океана. По промерам расстояний от орбиты спутника до поверхности океана строятся карты ее рельефа, первая такая карта создана в США в 1978 г. Крупные понижения поверхности океана находятся над гравитационными максимумами (самое глубокое у Мальдивских островов), крупные поднятия — над гравитационными минимумами (самое высокое у Новой Гвинеи), общая амплитуда рельефа около 180 м. На этом фоне различимы разнообразные формы с относительными превышениями от сантиметров до 15—20 м, которые находятся в прямом соответствии с рельефом океанского дна.

Морфометрические методы.

Для оконтуривания поднятий и выявления активных разломов в пределах сильно расчлененных денудацией молодых горных стран и денудационных равнин платформ применяются различные морфометрические методы. Среди российских инноваций методы разработаны: для равнин — В.П. Философовым, Л.Б. Аристарховой, для горных стран — Н.П. Костенко, А.В. Орловой, Н.П. Кочневой. Исходным материалом служат топографические карты, которые обрабатываются таким образом, чтобы снять влияние денудационного расчленения, в особенности эрозионного вреза. Конкретные приемы такого снятия различны: в методике В. П. Философова они заключаются в проведении огибающих кривых, проходящих через пересечение тальвегов долин одного порядка одноименными изогипсами (карты базисных поверхностей), в методике Л.Б. Аристарховой такими кривыми соединяются положительные выступы одноименных и отдельные отметки близких по значению горизонталей (карты морфоизогипс). Исследователи горных стран ориентируются на отметки вершинных поверхностей и полосы крутых уступов рельефа, интерпретируемые как отражение разломов; в результате выявляется глыбовое (блоковое) или сводово-глыбовое (блоковое) расчленение горных районов.

Изучение побережий.

Наличие такого естественного репера, как уровень моря или озера, создает возможность выявления и количественной оценки поднятий и опусканий побережий. Наилучшие условия для этого находятся в районах с развитием морских террас.

Террасы представляют пологонаклоненные в сторону моря площадки, отвечающие верхней части былой материковой отмели, примыкающей к древнему береговому уступу. Ее тыльный шов соответствует береговой линии времени формирования террасы и именно по нему замеряется ее современная высота над уровнем моря. Выработка уступа и выровненной поверхности самой террасы указывает на относительно устойчивое положение береговой линии, хотя при малой устойчивости пород берег усиленно размывается и при медленном поднятии.

Затем должно было произойти понижение уровня моря и выработка новой террасы на более низком уровне. Такое понижение может быть следствием двух причин: проявления отрицательных эветатических колебаний или поднятия суши. Террасы могут возникать и при равномерном снижении уровня моря или поднятии суши.

В первом случае террасы должны прослеживаться на одинаковой высоте и разность их отметок должна выдерживаться на большом протяжении. Это характерно для платформенных областей. Во втором случае высота террас и разность их отметок испытывают значительные колебания; на участках интенсивных погружений и накопления осадков они сближаются, а затем уходят ниже уровня моря. На шельфе близ берегов нередко встречаются затопленные террасы — свидетельство быстрого подъема уровня моря или быстрых опусканий суши.

Изучение морфологии берегов дает материал для суждения о направленности новейших движений. Для опускающихся берегов характерен резко изрезанный контур с многочисленными заливами, бухтами, полуостровами, мысами, абразионным типом берега, с устьями рек в виде эстуариев или уменьшающихся в размерах дельт, а также уменьшающиеся благодаря наступанию баров лагуны, понижающиеся в сторону моря береговые валы. На шельфе против таких берегов часто наблюдаются следы затопленного наземного рельефа — подводные продолжения речных долин, моренные гряды, дюны, барханы, затопленные леса, торфяники, коры выветривания, почвы, погребенные льды, обращенные формы рельефа (понижения на месте антиклиналей), погруженные ниже уровня обитания рифостроящих организмов (до 45—50 м) и отмершие коралловые рифы. Поднимающимся берегам свойственны: более или менее выровненные очертания, преимущественно аккумулятивный тип берега, устья рек в виде дельт, испытывающих разрастание, серии береговых валов с отметками, повышающимися в сторону суши, разрастающиеся бары, а иногда и отгороженные ими лагуны, поднятые коралловые рифы.

Изучение речной сети и речных долин.

Заложение речных долин, как правило, предопределяется тектоническими условиями: они развиваются преимущественно вдоль разрывов, зон повышенной трещиноватости и синклинальных понижений. При перестройке структурного плана реки вынуждены приспосабливаться к растущим антиклинальным поднятиям, наиболее активные из которых отклоняют течение реки и вызывают изгибы речного русла.

При быстром росте поднятий, реки покидают свои прежние долины, сохраняющиеся в виде висячих долин, и прокладывают новые в обход поднятий, образуя излучины. Но если речной поток обладает большой живой силой, река оказывается в состоянии преодолеть подъем складки и сохранить прежнее положение, углубляя свое русло с постепенным возрастанием глубины вреза. Так образуются антецедентные долины — прорывы реки, через более молодые антиклинальные возвышенности. В таких долинах нередко наблюдаются врезанные меандры — признак того, что река первоначально текла по равнине. Перестройки структурного плана часто являются также причиной речных перехватов — расширения одного речного бассейна за счет другого. Обычно таким бассейном оказывается тот, который расположен в области большего относительного тектонического погружения.

Тектонические движения, испытываемые местностью, по которой протекает река, находят свое отражение и в форме продольного и поперечного профиля, и во всем строении ее долины.

На участке относительных поднятий увеличивается уклон русла реки, меандры испытывают спрямление или исчезают вовсе, пойма суживается, аллювий представлен наиболее грубыми разностями, обладает небольшой мощностью, относится к типу перестилаемого аллювия или вообще отсутствует, ширина долины невелика, террасы узкие, цокольного или эрозионного типа, достигают значительной высоты над руслом, число их сравнительно велико. При особенно быстром поднятии долина сужается до ширины поймы, террасы вообще исчезают, эрозионный врез резко увеличивается, река течет в каньоне.
На участке относительных опусканий уклон русла уменьшается, пойма и вся долина расширяются, появляются меандры, аллювий относится к выстилающему типу, сложен тонким материалом, представлен пойменной и старичнои фациями, обладает значительной мощностью, его подошва нередко залегает заметно глубже современного ложа реки (переуглубленные долины), террасы широкие, аккумулятивного типа, сравнительно малочисленные, так как при переходе от участков поднятий происходит их слияние и частичный уход под уровень русла, начиная с более молодых и низких; высота террас и разности их отметок понижаются. В аридных зонах характерно появление пойменной растительности на участках речных долин, расположенных сразу выше по течению от зон поднятий, благодаря подпруживанию подруслового потока, остающегося на месте реки в жаркое и сухое время года.

Нередко наблюдаемая асимметрия речных долин — один берег крутой, другой — пологий, если она не подчиняется закону Бэра (Согласно этому закону, реки, протекающие в Северном полушарии отклоняются вправо вследствие вращения Земли) и это связано с неравномерным поднятием берегов. Если река течет параллельно растущему поднятию, она постепенно сползает с него и подмывает противоположный берег. Но иногда наблюдается и обратная картина: антиклиналь, которой отвечает значительный гравитационный максимум, как бы притягивает к себе реку и тогда та подмывает «антиклинальный берег» (подмыв Волгой Жигулевских гор и т. п.).

Изучение поверхностей выравнивания.

Подобно тому как изучение высотных отметок морских и речных террас дает представление об амплитуде и скорости новейших поднятий на побережьях и в долинах, в пределах водораздельных пространств горных стран и денудационных равнин реперами служат поверхности выравнивания.

В то время как наиболее древние речные террасы имеют плиоценовый возраст, наиболее молодые поверхности выравнивания относятся к раннечетвертичному времени, а наиболее ранние восходят к миоцену (Кавказ, Карпаты и др.), к палеогену — мелу (Тянь-Шань, Урал и др.), к мелу — юре на древних платформах (Сибирская). В некоторых горных сооружениях свидетелем былого существования такой поверхности служит лишь примерная одновысотность водораздельных вершин («уровень вершин»). Изучение поверхностей выравнивания, их деформаций служит практически единственным методом восстановления тектонических движений суши неоген-палеогенового и мезозойского времени.

Поверхности выравнивания (пенеплены) в горных странах представляют относительно слабоволнистые, располагающиеся почти горизонтально или полого наклоненные к периферии горных сооружений нагорные равнины, срезающие складчатую структуру этих сооружений. Они образуют в их рельефе как бы «лестницу», служащую продолжением вверх «лестницы» речных и морских террас. Наиболее высокая и наиболее древняя поверхность занимает центральную часть хребта, нередко охватывая его главный водораздел и переходя с одного склона на другой. Остальные поверхности выравнивания развиты по периферии хребта и располагаются концентрически, последовательно понижаясь к окраинам горной страны. На этих поверхностях, особенно более низких и молодых, местами сохраняются осадки, чаще всего речные, озерные, иногда морские, что создает возможность непосредственного определения условий их образования и возраста.

Первично поверхности выравнивания представляли собой денудационные, абразионные или абразионно-аккумулятивные (ближе к морскому бассейну) равнины. Образование их «лестницы» связано с периодическим оживлением и усилением восходящих движений. Поднятие вызывает оживление глубинной эрозии, распространяющейся от смежных бассейнов передовых и межгорных прогибов. Эрозия сначала глубинная, затем боковая и последующий плоскостной смыв с отступанием склонов, а нередко и абразия, связанная с трансгрессией моря на периферии горного сооружения, частично уничтожают более раннюю поверхность выравнивания и создают новую на более низком уровне. Этот процесс обычно не доходит до конца и прерывается новой фазой воздымания. В результате в центральной части горного сооружения (или континентальной платформы) сохраняются останцы более древней поверхности, окаймленной по периферии более молодой. Так возникает целая серия поверхностей выравнивания, пока, наконец, восходящие движения не станут настолько интенсивными, а периоды их затухания настолько непродолжительными, что начнется энергичное врезание речных долин, а боковая эрозия ограничится выработкой террасовых поверхностей в пределах последних.

Поскольку поверхности выравнивания образуются на небольшой высоте над уровнем моря и их поверхность может быть приближенно принята за горизонтальную, современная абсолютная высота данной поверхности дает возможность определить общую амплитуду и скорость поднятия горной страны со времени ее образования. Разность отметок между двумя смежными поверхностями позволяет определить амплитуду и скорость поднятия за время, отделяющее возникновение более высокой и древней поверхности от более низкой и молодой.

Изменение отметок одной и той же поверхности и испытываемые ею вертикальные смещения указывают на ее деформацию и позволяют выявить характер этой деформации путем построения соответствующих карт. Это, по существу, основной метод изучения структуры внутриконтинентальных, эпиплатформенных орогенов.

Затруднения вызывает определение возраста поверхностей выравнивания там, где они не перекрыты палеонтологически охарактеризованными отложениями. В этом случае приходится прибегать к сопоставлению с коррелятными отложениями смежных седиментационных бассейнов, в частности предгорных и межгорных прогибов. В их разрезах времени выработки каждой поверхности выравнивания соответствует (т.е. с ней коррелируется, откуда и название «коррелятные») пачка осадков, начинающаяся с более грубых (начало врезания) и заканчивающаяся более тонкими (конец формирования поверхности) образованиями. Залегают эти пачки в обратной последовательности по отношению к «лестнице» поверхностей — более древние под более молодыми. Абсолютная амплитуда и скорость поднятия за новейшее время могут быть определены по минералам магматических пород, если известны их возраст, температура образования и палеогеотермический градиент. Примером может служить Береговой хребет Британской Колумбии (Западная Канада), где история поднятия за неоген изучалась по цирконам и апатитам, возраст которых был установлен по следам радиоактивного распада («трекам деления»).

Cпутниковая альтиметрия базируется на замере поверхности воды Мирового океана по спутниковому радару (ERS altimeter) на высоте порядка 800 км с точностью до нескольких метров. Эти данные зависит от рельефа дна океана и плотности пород. Иными словами положительные формы рельефа притягивают воду, увеличивая высоту ее поверхности и наоборот. Образное понятие <уровень Мирового океана> не является постоянным и отличия в высоте поверхности воды могут составлять более сотни метров. (Основы метода изложены в статьях, которые приведены в Приложении 3). Анализ альтиметрических данных позволил с высокой степенью достоверности создать математическую модель рельефа всего Мирового океана т.н. предсказанная топография (predicted topography). Спутниковые данные сопоставлены с реальным эхолотным промером и экстраполированы на неизученные регионы. Точность предсказанной топографии позволяет делать крупные теоретические обобщения. Однако она не может полностью заменить эхолотный промер.