Геоморфология

Поверхность Земли, красным цветом выделены возвышенности

Геоморфология (от др.-греч. γῆ «Земля» + μορφή «форма» + λόγος «учение, наука») — наука, изучающая формы рельефа суши и морского дна, их внешние признаки, размеры, происхождение, возраст, закономерности развития во времени и пространстве, распространение и объединение в естественные группы, современное рельефообразование и прогноз его дальнейших изменений. Рельеф рассматривается как результат всего предшествующего развития поверхности раздела между литосферой, гидросферой и атмосферой. Главная цель геоморфологии — изучение и классификация форм рельефа, их происхождения и изменений под влиянием различных факторов.

История

Зарождение геоморфологии произошло во второй половины XVIII века связано с появлением двух противоположных учений о факторах, участвующих в формировании земной коры и вызывающих изменения её поверхности. Абраам Вернер предложил концепцию о ведущей роли морского осадкообразования в образовании горных пород и рельефа, в то время как Джеймс Геттон отстаивал идеи о ведущей роли внутренней энергии Земли в формировании рельефа, следя за последовательностью процессов разрушения, транзита и аккумуляции вещества.

В конце XIX — начале XX века геоморфология начала развиваться как самостоятельная наука вместе с геологией, с которой она тесно связана. Первой концепцией геоморфологии считается учение о геоморфологических циклах Уильяма Дейвиса, где разнообразие форм рельефа рассматривалось в зависимости от структуры, процесса и времени. Он не исключал влияние тектоники на изменение рельефа и создал идеализированную модель возможных сочетаний проявления тектоники и экзогенных процессов. Теоретические концепции европейской школы наиболее ярко выразились в учении Альбрехта Пенка, который установил, что формы рельефа обусловлены соотношением эндогенных и экзогенных процессов, а также выделил восходящее и нисходящее развитие рельефа.

В 1950 году французский геоморфолог А. Шолль представил концепцию систем эрозии, считая, что каждая из них представляет собой единый комплекс последовательности разрушения горных пород, удаления обломков от мест их образования и переноса материала. Он связал системы эрозии с определёнными климатическими условиями и ввел понятие полигенетического рельефа. В середине XX века южно-африканский геоморфолог Л. Кинг развил теорию образования педипленов и использовал её для геоморфологического анализа макроформ рельефа южных материков, а затем и Земли в целом. Его модель позволила выделить предмеловой, домиоценовый и современные циклы выравнивания, совпадающие с эпохами морских трансгрессий. Кинг также обратил внимание на эпейрогенетические движения и горообразование на границах материков и океанов. Его модель предполагает наличие перерывов в циклах эрозии, дифференцированные тектонические движения земной коры и полициклический рельеф.

Во второй половине XX века наибольшее развитие получили исследования по климатической геоморфологии и зональности экзогенных процессов, проблемам выветривания, горообразованию, связи тектоники и рельефа, прикладной геоморфологии и прогнозирования катастроф, геоморфологической картографии. Также проводились исследования рельефа планет и их спутников.

Идея развития рельефа в результате взаимодействия эндогенных и экзогенных сил была впервые выдвинута М. В. Ломоносовым в 1763 году и дальше развивалась рядом ученых, таких как П. П. Семенов-Тян-Шанский, П. А. Кропоткин, В. В. Докучаев, И. Д. Черский и другие. Концепция геоморфологических уровней, предложенная в 1948 году К. К. Марковым, основана на идеях В. Пенка и учитывает значительное влияние колебательных движений земной коры на формирование рельефа.

И. С. Щукин в 1960 году разработал систематизацию и классификацию рельефа, определив характерные факторы его формирования и выделив различные типы природной среды с соответствующими морфологическими комплексами. Его «факторная» концепция направлена на изучение генезиса рельефа. Н. А. Флоренсов с 1964 по 1978 годы обосновал концепцию геоморфологических формаций, которая предполагает комплексное изучение морфологии рельефа, геологической субстрата и формы движения материи в рамках полного геоморфологического цикла. Эти концепции исследования рельефа способствуют пониманию процессов его формирования и развития на территории России.

Область исследования

Геоморфология изучает происхождение и будущее геоформ, таких как геоформы Каменного дерева и холмов за ним в Андах

Геоморфология изучает взаимосвязь и взаимовлияние литосферы (от древнегреческого λίθος líthos, что означает «камень», и σφαίρα sphaira, что означает «сфера»), атмосферы (от греческого ἀτμός atmós, что означает «воздух», «пар»), гидросфера (от греческого ὕδωρ hýdor), криосфера (от древнегреческого κρύος krýos), педосфера (от греческого πέδον pédon) и биосфера (от греческого βίος bíos). В геоморфологическом контексте они обобщаются как сфера рельефа.

Решающим фактором для понимания геоморфологии является знание современного климата и его характеристик в прошлые геологические эпохи. Изменения формы сокровищ в связи с климатическими изменениями в новейшей геологической истории изучает климатическая геоморфология. На первом плане стоит изучение более тонкого формирования форм поверхности за счет экзогенных процессов (эрозионные процессы), в то время как геология предоставляет важные фоновые знания, особенно для эндогенного формообразования (тектоника, сейсмология, вулканизм).

Геоморфология включает в себя пять подразделов, в том числе:

• Геоморфография: описание рельефа;
• Геоморфометрия: измерение рельефа путем определения наклона, кривизны и экспозиции (направление по компасу);
• Тектогенез: геологическое развитие рельефа;
• Геоморфодинамика: изучение прошлых и современных процессов, характеризующих рельефа;
• Геоморфохронология занимается определением возраста (датировкой) и классификацией форм в геологических процессах.

Направления исследований

Поверхность Земли изменяется благодаря сочетанию поверхностных процессов, формирующих ландшафты, и геологических процессов, вызывающих тектонические поднятия и оседания и формирующих прибрежную географию. Поверхностные процессы включают в себя действие воды, ветра, льда, лесных пожаров и жизни на поверхности Земли, а также химические реакции, формирующие почвы и изменяющие свойства материалов, стабильность и скорость изменения рельефа под действием силы тяжести, и другие факторы, такие как (в очень недавнем прошлом) изменение ландшафта человеком. Многие из этих факторов сильно зависят от климата. Геологические процессы включают поднятие горных хребтов, рост вулканов, изостатические изменения высоты поверхности суши (иногда в ответ на поверхностные процессы) и образование глубоких осадочных бассейнов, где поверхность Земли опускается и заполняется материалом, выветрившимся из других частей ландшафта. Таким образом, поверхность Земли и её рельеф — это пересечение климатических, гидрологических и биологических воздействий с геологическими процессами, или, иначе говоря, пересечение литосферы Земли с её гидросферой, атмосферой и биосферой.

Гранд-Каньон в Аризоне (США) — пример флювиального моделирования

Широкомасштабный рельеф Земли иллюстрирует это пересечение поверхностных и подземных воздействий. Горные пояса поднимаются в результате геологических процессов. Денудация этих высоко поднятых регионов приводит к образованию осадочных пород, которые переносятся и откладываются в других частях ландшафта или на побережье. В более мелких масштабах применяются аналогичные идеи, где отдельные формы рельефа развиваются в ответ на баланс аддитивных процессов (поднятие и осаждение) и субтрактивных процессов (оседание и эрозия). Часто эти процессы непосредственно влияют друг на друга: ледяные покровы, вода и осадки — все это грузы, которые изменяют топографию посредством изгибной изостазии. Топография может изменять местный климат, например, через орографические осадки, которые, в свою очередь, изменяют топографию, меняя гидрологический режим, в котором она развивается. Многих геоморфологов особенно интересует возможность обратной связи между климатом и тектоникой, опосредованной геоморфологическими процессами.

Помимо этих широкомасштабных вопросов, геоморфологи занимаются более конкретными или локальными проблемами. Ледниковые геоморфологи исследуют ледниковые отложения, такие как морены, эскеры и прогляциальные озера, а также ледниковые эрозионные особенности, чтобы построить хронологию как малых ледников, так и больших ледниковых щитов и понять их движение и влияние на ландшафт. Флювиальные геоморфологи изучают реки: как они переносят осадки, мигрируют по ландшафту, врезаются в коренные породы, реагируют на экологические и тектонические изменения и взаимодействуют с человеком. Геоморфологи-почвоведы исследуют профили и химический состав почвы, чтобы узнать об истории конкретного ландшафта и понять, как взаимодействуют климат, биота и горные породы. Другие геоморфологи изучают, как формируются и изменяются склоны холмов. Ещё одни исследуют взаимосвязь между экологией и геоморфологией. Поскольку геоморфология включает в себя все, что связано с поверхностью Земли и её изменениями, она представляет собой широкую область с множеством аспектов.

В своей работе геоморфологи используют широкий спектр методов. Они могут включать полевые работы и сбор полевых данных, интерпретацию данных дистанционного зондирования, геохимические анализы и численное моделирование физики ландшафтов. Геоморфологи могут опираться на геохронологию, используя методы датировки для измерения скорости изменения поверхности. Методы измерения рельефа жизненно важны для количественного описания формы земной поверхности и включают дифференциальную GPS, цифровые модели рельефа с дистанционным зондированием и лазерное сканирование для количественной оценки, изучения, создания иллюстраций и карт.

Практическое применение геоморфологии включает оценку опасности (например, прогнозирование оползней и смягчение их последствий), регулирование рек и восстановление ручьев, а также защиту побережья.

Планетарная геоморфология изучает формы рельефа на других земных планетах, таких как Марс. Изучается влияние ветровых, речных, ледниковых, массовых осыпей, метеоритных ударов, тектоники и вулканических процессов. Эта работа не только помогает лучше понять геологическую и атмосферную историю этих планет, но и расширяет геоморфологическое изучение Земли. Планетарные геоморфологи часто используют земные аналоги для изучения поверхностей других планет.

Примечания

Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!