Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску


Взаимодействие между эрозией и тектоникой было предметом дискуссий с начала 1990-х годов. В то время как тектонические эффекты на поверхностные процессы, такие как эрозия , были признаны давно (например, образование рек в результате тектонического подъема ), обратное (влияние эрозии на тектоническую активность) было изучено только недавно. [1] Основные вопросы, связанные с этой темой, - какие типы взаимодействий существуют между эрозией и тектоникой и каковы последствия этих взаимодействий. Хотя это все еще является предметом споров, ясно одно: ландшафт Земли является продуктом двух факторов: тектоники., которые могут создавать топографию и поддерживать рельеф за счет поднятия поверхности и горных пород, а также климата , который опосредует эрозионные процессы, которые со временем изнашивают горные районы. [2] Взаимодействие этих процессов может формировать, изменять или разрушать геоморфологические объекты на поверхности Земли.

Взаимодействия и пути обратной связи для тектонических и эрозионных процессов

Тектонические процессы [ править ]

Термин тектоника относится к изучению структуры поверхности Земли и способов, которыми она изменяется с течением времени. Тектонические процессы обычно происходят на границах плит, которые бывают одного из трех типов: конвергентные границы , расходящиеся границы или трансформируемые границы . [3] Эти процессы формируют и изменяют топографию поверхности Земли, эффективно увеличивая рельеф за счет механизмов изостатического подъема , утолщения коры и деформации в виде разломов и складчатости.. Повышение отметок по отношению к региональным базовым уровням приводит к более крутым уклонам русла реки и увеличению орографически локализованных осадков, что в конечном итоге приводит к резкому увеличению скорости эрозии. Топография и общий рельеф данной области определяют скорость, с которой будет течь поверхностный сток , в конечном итоге определяя потенциальную эрозионную силу стока. Более длинные и крутые склоны более подвержены эрозии в периоды сильных дождей, чем более короткие, постепенно наклонные участки. Таким образом, большие горные цепи и другие участки с высоким рельефом, образованные тектоническим поднятием, будут иметь значительно более высокие темпы эрозии. [4] Кроме того, тектоника может напрямую влиять на скорость эрозии в краткосрочном периоде, как это ясно в случаеземлетрясения , которые могут вызвать оползни и ослабить окружающую породу из-за сейсмических возмущений.

В то время как тектоническое поднятие в любом случае приведет к некоторой форме увеличения высоты, следовательно, более высокой скорости эрозии, основное внимание уделяется изостатическому поднятию, поскольку оно обеспечивает фундаментальную связь между причинами и последствиями эрозионно-тектонических взаимодействий.

Изостатическое поднятие [ править ]

Понимание принципа изостазии - ключевой элемент в понимании взаимодействий и обратных связей между эрозией и тектоникой. Принцип изостазии гласит, что, когда литосфера может двигаться вертикально, она плавает на соответствующем уровне в астеносфере, так что давление на глубине компенсации в астеносфере значительно ниже основания литосферы такое же. [3] Изостатическое поднятие является одновременно причиной и следствием эрозии. Когда происходит деформация в виде утолщения коры, возникает изостатический отклик, в результате чего утолщенная кора опускается, а окружающая более тонкая кора поднимается. Результирующее поднятие поверхности приводит к увеличению высоты, что, в свою очередь, вызывает эрозию. [5]В качестве альтернативы, когда большое количество материала размывается вдали от поверхности Земли, происходит поднятие, чтобы поддерживать изостатическое равновесие. Из-за изостазии высокие скорости эрозии на значительных горизонтальных участках могут эффективно поглощать материал из нижней коры и / или верхней мантии . Этот процесс известен как изостатический отскок и аналогичен реакции Земли после удаления больших ледниковых щитов. [6]

Изостатическое поднятие и соответствующая эрозия ответственны за формирование геологических особенностей регионального масштаба, а также локальных структур. Два таких примера включают:

Формирование речной антиклинали
  • Континентальные щиты - обычно большие участки с низким рельефом (<100 м) в земной коре, гдеобнажаются докембрийские кристаллические магматические породыи высокопрочные метаморфические породы. [3]Щиты считаются тектонически стабильными областями по сравнению с деятельностью, происходящей на их окраинах и границах между плитами, но для их образования требовалось большое количество тектонической активности и эрозии. Щиты, наряду со стабильными платформами, являются основными тектоническими компонентами континентов, поэтому понимание их развития имеет решающее значение для понимания развития других особенностей поверхности Земли. Первоначально горный пояс формируется на краю сходящейся плиты. Преобразование горного пояса в щит в основном зависит от двух факторов: (1) эрозии горного пояса проточной водой и (2) изостатического регулирования в результате удаления поверхностных пород из-за эрозии. Этот процесс эрозии с последующей изостатической регулировкой продолжается до тех пор, пока система не достигнет изостатического равновесия.В этот момент крупномасштабная эрозия больше не может происходить, потому что поверхность разрушилась почти до уровня моря и поднятие прекращается из-за состояния равновесия системы.[3] [7]
  • Речные антиклинали - геологические структуры, сформированные в результате сосредоточенного поднятия горных пород, лежащих в основе ограниченных участков с высокой эрозией ( например , рек). Изостатический отскок, возникающий в результате быстрого удаления вышележащих пород посредством эрозии, вызывает подъем ослабленных участков земной коры с вершины реки. Для развития этих структур скорость эрозии реки должна превышать как среднюю скорость эрозии территории, так и скорость подъема орогена. Двумя факторами, влияющими на развитие этих структур, являются сила потока соответствующей реки и изгибная жесткость.корки в области. Сочетание повышенной мощности потока с уменьшенной жесткостью на изгиб приводит к развитию системы от поперечной антиклинали к речной антиклинали. [8]

Схема канала [ править ]

Канальный поток описывает процесс, посредством которого горячий вязкий материал земной коры течет горизонтально между верхней корой и литосферной мантией и в конечном итоге выталкивается на поверхность. Эта модель направлена на объяснить особенности , общие для метаморфической глубинки некоторых коллизионных складчатых , в первую очередь в Гималаях - плато тибетской системы. В горных районах с обильными дождями (таким образом, с высокой скоростью эрозии) образуются реки с глубоким врезанием. По мере того, как эти реки истирают поверхность Земли, происходят две вещи: (1) давление на подстилающие породы снижается, что фактически делает их слабее, и (2) подстилающий материал приближается к поверхности. Это снижение прочности земной коры в сочетании с эрозионнымэксгумация , позволяет отводить поток нижележащего канала к поверхности Земли. [9] [10]

Эрозионные процессы [ править ]

Смотрите также: Эволюция холмов
Естественная арка производства эрозии дифференцированно выветривание скалы в Джебели Харазе ( Иордания )

Термин эрозия относится к группе естественных процессов, включая выветривание , растворение, истирание, коррозию и транспортировку, в результате которых материал изнашивается с поверхности Земли для транспортировки и осаждения в других местах.

  • Дифференциальная эрозия - эрозия, которая происходит с неравномерной или переменной скоростью, вызванная различиями в сопротивлении и твердости материалов поверхности; более мягкие и более слабые породы быстро изнашиваются, в то время как более твердые и устойчивые породы остаются, образуя гребни, холмы или горы. Дифференциальная эрозия, наряду с тектонической обстановкой, являются двумя наиболее важными факторами, влияющими на эволюцию континентальных ландшафтов на Земле. [7]

Обратная связь эрозии с тектоникой обеспечивается перемещением поверхностной или приповерхностной массы (породы, почвы, песка, реголита и т. Д.) В новое место. [1] Это перераспределение материала может иметь серьезные последствия для состояния гравитационных напряжений в области, в зависимости от величины переносимой массы. Поскольку тектонические процессы сильно зависят от текущего состояния гравитационных напряжений, перераспределение поверхностного материала может привести к тектонической активности. [1] В то время как эрозия во всех ее формах, по определению, истирает материал с поверхности Земли, процесс истощения массы в результате глубокого речного разреза имеет самые серьезные тектонические последствия.

Массовое истощение [ править ]

Основная статья: Массовое истощение
Шишки талусов, полученные в результате массового истощения, северный берег Исфьорда , Шпицберген , Норвегия .

Массовое истощение - это геоморфный процесс, при котором поверхностный материал перемещается вниз по склону, как правило, как масса, в основном под действием силы тяжести [11]. Когда реки текут по крутым склонам гор, происходит глубокий разрез русла, когда поток реки истирает подстилающую породу. Разрез большого канала постепенно уменьшает количество гравитационной силы, необходимой для возникновения разрушения склона, что в конечном итоге приводит к потере массы. [1] Удаление большого количества поверхностной массы таким образом вызовет изостатический отклик, приводящий к подъему, пока не будет достигнуто равновесие.

Влияние на структурную эволюцию [ править ]

Недавние исследования показали, что эрозионные и тектонические процессы влияют на структурную эволюцию некоторых геологических особенностей, в первую очередь орогенных клиньев. Очень полезные модели песочницы, в которых горизонтальные слои песка медленно прижимаются к упору, показали, что геометрия, структуры и кинематика образования орогенного клина с эрозией и седиментацией и без них существенно различаются. [12] [13] Численные модели также показывают, что эволюция орогенов, их окончательная тектоническая структура и возможное развитие высокого плато - все это чувствительно к долгосрочному климату над горами, например, концентрации осадков в одна сторона орогена из-за орографического подъема при преобладающем направлении ветра.[14]

См. Также [ править ]

  • Динамическая топография
  • Ледниковая пила
  • Постледниковый отскок
  • Посторогенный коллапс

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Willett, Sean D .; Ховиус, Нильс; Брэндон, Марк Т .; и др., ред. (2006). «Тектоника, климат и эволюция ландшафта» . Геологическое общество Америки . 398 .
  2. Перейти ↑ Whittaker, Alexander C. (2012). «Как ландшафты отражают тектонику и климат?» . Литосфера . 4 (2): 160–164. Bibcode : 2012Lsphe ... 4..160W . DOI : 10.1130 / RF.L003.1 .
  3. ^ a b c d van der Pluijm, Ben A .; Маршак, Стефан (2004). Строение Земли: введение в структурную геологию и тектонику (2-е изд.). Нью-Йорк: Нортон. ISBN 978-0-393-92467-1.
  4. ^ Перроу, Мартин Р .; Энтони Дж., Дэви, ред. (2008). «Принципы реставрации». Справочник по экологическому восстановлению . 1 (Версия с цифровой печатью. Ред.). Кембридж, Массачусетс: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-04983-2.
  5. ^ Браун, Майкл; Рашмер, Трейси, ред. (2006). Эволюция и дифференциация континентальной коры (Электронная версия с исправлениями под ред.). Кембридж [ua]: Cambridge Univ. Нажмите. С. 74–92. ISBN 978-0521782371.
  6. ^ "Изостатическое поднятие и сечение эрозии" .
  7. ^ а б Хэмблин, У. Кеннет; Кристиансен, Эрик Х. (2004). Динамические системы Земли (10. изд.). Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси [ua]: Пирсон, Прентис-Холл. ISBN 978-0131420663.
  8. ^ Монтгомери, Дэвид Р .; Столар, Дрю Б. (1 декабря 2006 г.). «Пересмотр антиклиналей Гималаев». Геоморфология . 82 (1–2): 4–15. Bibcode : 2006Geomo..82 .... 4M . DOI : 10.1016 / j.geomorph.2005.08.021 .
  9. ^ Годин, L .; Grujic, D .; Закон, RD; Сирл, член парламента (1 января 2006 г.). «Канальный поток, пластичная экструзия и эксгумация в континентальных зонах столкновения: введение». Лондонское геологическое общество, специальные публикации . 268 (1): 1–23. Bibcode : 2006GSLSP.268 .... 1G . CiteSeerX 10.1.1.493.4667 . DOI : 10.1144 / GSL.SP.2006.268.01.01 . 
  10. ^ "Простое сечение модели потока земной коры" .
  11. ^ Монро, Джеймс С .; Викандер., Рид (2006). Изменяющаяся Земля: изучение геологии и эволюции (4-е изд.). Австралия: Томсон Брукс / Коул. ISBN 978-0-495-01020-3.
  12. ^ Malavieille Жак (январь 2010). «Влияние эрозии, седиментации и структурного наследия на структуру и кинематику орогенных клиньев: аналоговые модели и тематические исследования» (PDF) . GSA сегодня . 20 (1): 4–10. DOI : 10.1130 / GSATG48A.1 .
  13. ^ Рост и эрозия орогенного клина на YouTube
  14. ^ Гарсия-Кастелланос, Д., 2007. Роль климата в формировании высоких плато. Выводы из численных экспериментов. Планета Земля. Sci. Lett. 257, 372–390, DOI: 10.1016 / j.epsl.2007.02.039 [1]