Денудация — это геологический процесс, в котором движущаяся вода, лед, ветер и волны разрушают поверхность Земли, что приводит к уменьшению высоты и рельефа рельефа и ландшафтов. Хотя термины «эрозия» и «денудация» используются взаимозаменяемо, эрозия — это перемещение почвы и горных пород из одного места в другое, [1] а денудация — это сумма процессов, включая эрозию, которые приводят к понижению поверхности Земли. [ 2] Эндогенные процессы, такие как вулканы , землетрясения и тектонические поднятия, могут подвергать континентальную кору экзогенным процессам выветривания , эрозии и массового истощения . Последствия денудации регистрировались на протяжении тысячелетий, но механика, лежащая в ее основе, обсуждалась в течение последних 200 лет [ когда? ] и только в последние несколько десятилетий начала пониматься. [3] [ когда? ]
Денудация включает механические, биологические и химические процессы эрозии, выветривания и массового истощения. Денудация может включать удаление как твердых частиц, так и растворенного материала. Они включают в себя подпроцессы криоразрушения, инсоляции, гашения , солевого выветривания, биотурбации и антропогенного воздействия. [4]
Факторы, влияющие на денудацию, включают:
Эффекты денудации были описаны еще в древности, хотя термины «денудация» и «эрозия» использовались взаимозаменяемо на протяжении большей части истории. [3] В эпоху Просвещения ученые начали пытаться понять, как происходили денудация и эрозия без мифических или библейских объяснений. На протяжении всего 18 века ученые теоретизировали, что долины образуются потоками, протекающими через них, а не наводнениями или другими катаклизмами. [9] В 1785 году шотландский врач Джеймс Хаттон предложил историю Земли, основанную на наблюдаемых процессах в течение неограниченного периода времени, [10] что ознаменовало переход от предположений, основанных на вере, к рассуждениям, основанным на логике и наблюдении. В 1802 году Джон Плейфэр , друг Хаттона, опубликовал статью, разъясняющую идеи Хаттона, объясняющую основной процесс изнашивания водой поверхности Земли и описывающую эрозию и химическое выветривание. [11] Между 1830 и 1833 годами Чарльз Лайель опубликовал три тома « Основ геологии» , в которых описывается формирование поверхности Земли в результате текущих процессов, и которые одобрили и обосновали постепенную денудацию в широком научном сообществе. [12]
По мере того, как денудация стала достоянием широкой общественности, начали возникать вопросы о том, как происходит денудация и каков ее результат. Хаттон и Плейфэр предположили, что в течение определенного периода времени ландшафт в конечном итоге будет стерт до эрозионных плоскостей на уровне моря или около него, что дало теории название «выравнивание». [9] Чарльз Лайелл предположил, что морское выравнивание, океаны и древние мелководные моря были основной движущей силой денудации. Хотя это и удивительно, учитывая столетия наблюдений за речной и плювиальной эрозией, это более понятно, учитывая, что ранняя геоморфология была в значительной степени развита в Британии, где последствия прибрежной эрозии более очевидны и играют большую роль в геоморфологических процессах. [9] Было больше доказательств против морского выравнивания, чем за него. К 1860-м годам морское выравнивание в значительной степени вышло из моды, движение во главе с Эндрю Рэмси , бывшим сторонником морского выравнивания, который признал, что дождь и реки играют более важную роль в денудации. В Северной Америке в середине 19 века были достигнуты успехи в определении флювиальной, плювиальной и ледниковой эрозии. Работа, проделанная в Аппалачах и на американском Западе , легла в основу гипотезы Уильяма Морриса Дэвиса о пенепланации, несмотря на то, что пенепланация была совместима в Аппалачах, она не работала так же хорошо на более активном американском Западе. Пенепланация была циклом, в котором молодые ландшафты создавались путем поднятия и оголялись до уровня моря, который является базовым уровнем. Процесс возобновлялся, когда старый ландшафт снова поднимался или когда базовый уровень опускался, создавая новый, молодой ландшафт. [13]
Публикация цикла эрозии Дэвиса заставила многих геологов начать искать доказательства выравнивания по всему миру. Неудовлетворенный циклом Дэвиса из-за доказательств с запада Соединенных Штатов, Гроув Карл Гилберт предположил, что обратная эрозия склонов сформирует ландшафты в педиплены [14] , а У. Дж. Макги назвал эти ландшафты фронтонами. Это позже дало концепции название педипланация, когда Л. К. Кинг применил ее в глобальном масштабе. [15] Доминирование цикла Дэвиса привело к появлению нескольких теорий для объяснения выравнивания, таких как эолация и ледниковое выравнивание, хотя только эттпланация пережила время и проверку, поскольку она была основана на наблюдениях и измерениях, проведенных в разных климатических условиях по всему миру, и также объясняла неровности ландшафтов. [16] Большинство этих концепций потерпели неудачу, отчасти потому, что Джозеф Джукс, популярный геолог и профессор, разделил денудацию и поднятие в публикации 1862 года, которая оказала длительное влияние на геоморфологию. [17] Эти концепции также потерпели неудачу, поскольку циклы, в частности циклы Дэвиса, были обобщениями и основывались на широких наблюдениях за ландшафтом, а не на подробных измерениях; многие концепции были разработаны на основе локальных или конкретных процессов, а не региональных процессов, и они предполагали длительные периоды континентальной стабильности. [9]
Некоторые ученые выступали против цикла Дэвиса; одним из них был Гроув Карл Гилберт , который на основе измерений с течением времени понял, что денудация нелинейна; он начал разрабатывать теории, основанные на динамике жидкости и концепциях равновесия. Другим был Вальтер Пенк , который разработал более сложную теорию, согласно которой денудация и поднятие происходили одновременно, и что формирование ландшафта основано на соотношении между скоростями денудации и поднятия. Его теория предполагала, что геоморфология основана на эндогенных и экзогенных процессах. [18] Теория Пенка, хотя в конечном итоге была проигнорирована, вернулась к денудации и поднятию, происходящим одновременно и опирающимся на континентальную подвижность, хотя Пенк отверг континентальный дрейф . Модели Дэвиса и Пенка активно обсуждались в течение нескольких десятилетий, пока модель Пенка не была проигнорирована, а поддержка Дэвиса ослабла после его смерти, поскольку было сделано больше критики. Одним из критиков был Джон Лейли , который заявил, что геологи не знали, как развивались формы рельефа, поэтому теория Дэвиса была построена на шатком фундаменте. [19]
С 1945 по 1965 год в исследованиях геоморфологии произошел сдвиг от преимущественно дедуктивной работы к детальным экспериментальным проектам, которые использовали улучшенные технологии и методы, хотя это привело к исследованию деталей устоявшихся теорий, а не к исследованию новых теорий. В течение 1950-х и 1960-х годов, по мере того как в геологии океана и геофизике были сделаны улучшения , стало ясно, что теория Вегенера о континентальном дрейфе была верной и что существует постоянное движение частей ( плит ) поверхности Земли. Улучшения были также сделаны в геоморфологии для количественной оценки форм склонов и дренажных сетей, а также для поиска взаимосвязей между формой и процессом, а также величиной и частотой геоморфологических процессов. [9] Последний удар по пенепленизации был нанесен в 1964 году, когда группа под руководством Луны Леопольд опубликовала работу Fluvial Processes in Geomorphology , которая связывает формы рельефа с измеримыми процессами осадочно-инфильтрационного стока и пришла к выводу, что в настоящее время пенепленов не существует на больших территориях, и существование любых исторических пенепленов должно быть доказано, а не выведено из современной геологии. Они также заявили, что педименты могут образовываться во всех типах горных пород и регионах, хотя и посредством разных процессов. [20] Благодаря этим открытиям и улучшениям в геофизике изучение денудации перешло от выравнивания к изучению того, какие отношения влияют на денудацию, включая подъем, изостазию, литологию и растительность, и измерению скоростей денудации по всему миру. [9]
Денудация измеряется в износе поверхности Земли в дюймах или сантиметрах за 1000 лет. [21] Эта скорость предназначена как оценка и часто предполагает равномерную эрозию, среди прочего, для упрощения расчетов. Сделанные предположения часто действительны только для изучаемых ландшафтов. Измерения денудации на больших площадях выполняются путем усреднения скоростей подразделений. Часто не вносятся поправки на воздействие человека, что приводит к завышению измерений. [22] [ неоднозначно ] Расчеты показали, что потеря почвы до 0,5 метра (20 дюймов), вызванная деятельностью человека, изменит ранее рассчитанные скорости денудации менее чем на 30%. [23]
Скорость денудации обычно намного ниже скорости подъёма, а средняя скорость орогенеза может превышать максимальную среднюю денудацию в восемь раз. [24] Единственными областями, в которых могут быть равные скорости денудации и подъёма, являются активные края плит с длительным периодом непрерывной деформации. [25]
Денудация измеряется в измерениях масштаба водосбора и может использовать другие измерения эрозии, которые обычно делятся на методы датирования и обследования. Методы измерения эрозии и денудации включают измерение нагрузки потока, космогенное воздействие и датирование захоронения, отслеживание эрозии, топографические измерения, обследование отложений в водохранилищах, картирование оползней, химическое снятие отпечатков пальцев, термохронологию и анализ осадочных записей в областях отложения. [26] Наиболее распространенный способ измерения денудации — это измерения нагрузки потока , проводимые на гидропостах . [21] Взвешенная нагрузка , донная нагрузка и растворенная нагрузка включаются в измерения. Вес нагрузки преобразуется в объемные единицы, а объем нагрузки делится на площадь водораздела над гидропостом. [21] Проблема с этим методом измерения заключается в высокой годовой изменчивости речной эрозии, которая может достигать пятикратного изменения между последовательными годами. [27] Важным уравнением для денудации является закон мощности потока: , где E — скорость эрозии, K — константа эродируемости, A — площадь водосбора, S — градиент русла, а m и n — функции, которые обычно задаются заранее или предполагаются на основе местоположения. [8] Большинство измерений денудации основаны на измерениях нагрузки потока и анализе осадка или химического состава воды.
Более поздним методом является анализ космогенных изотопов , который используется в сочетании с измерениями нагрузки потока и анализом осадков. Этот метод измеряет интенсивность химического выветривания путем расчета химических изменений в молекулярных пропорциях. [23] Предварительные исследования по использованию космогенных изотопов для измерения выветривания были проведены путем изучения выветривания полевого шпата и вулканического стекла , которые содержат большую часть материала, обнаруженного в верхней коре Земли. Наиболее распространенными используемыми изотопами являются 26Al и 10Be ; однако 10Be используется чаще в этих анализах. 10Be используется из-за его распространенности, и, хотя он не стабилен, его период полураспада 1,39 миллиона лет относительно стабилен по сравнению с тысячелетней или миллионной шкалой, в которой измеряется денудация. 26Al используется из-за низкого содержания Al в кварце, что позволяет легко отделить его, и потому что нет риска загрязнения атмосферного 10Be . [28] Этот метод был разработан, поскольку предыдущие исследования скорости денудации предполагали постоянную скорость эрозии, хотя такую однородность трудно проверить в полевых условиях и она может быть недействительной для многих ландшафтов; его использование для измерения денудации и геологического датирования событий было важным. [29] В среднем концентрация ненарушенных космогенных изотопов в осадках, покидающих определенный бассейн, обратно пропорциональна скорости, с которой этот бассейн подвергается эрозии. В быстро эродирующем бассейне большая часть породы будет подвергаться воздействию лишь небольшого количества космических лучей до эрозии и выноса из бассейна; в результате концентрация изотопов будет низкой. В медленно эродирующем бассейне интегрированное воздействие космических лучей намного больше, а концентрация изотопов будет намного выше. [23] Измерение изотопных резервуаров в большинстве областей с помощью этого метода затруднено, поэтому предполагается равномерная эрозия. Также существует вариация в годовых измерениях, которая может достигать трехкратного значения. [30]
Проблемы измерения денудации включают как используемую технологию, так и окружающую среду. [26] Оползни могут мешать измерениям денудации в горных регионах, особенно в Гималаях . [31] Две основные проблемы с методами датирования — это неопределенности в измерениях, как с используемым оборудованием, так и с предположениями, сделанными во время измерений; и связь между измеренным возрастом и историей маркеров. [26] Это относится к проблеме принятия предположений на основе проводимых измерений и измеряемой области. Факторы окружающей среды, такие как температура, атмосферное давление, влажность, высота, ветер, скорость света на больших высотах при использовании лазеров или измерений времени пролета, дрейф прибора, [26] химическая эрозия, а для космогенных изотопов — климат и снежный или ледниковый покров. [31] При изучении денудации следует учитывать эффект Штадлера, который гласит, что измерения за короткие периоды времени показывают более высокие скорости накопления, чем измерения за более длительные периоды времени. [32] В исследовании Джеймса Джилулли представленные данные свидетельствуют о том, что скорость денудации оставалась примерно одинаковой на протяжении всей кайнозойской эры на основе геологических данных; [33] однако, учитывая оценки скорости денудации во время исследования Джилулли и возвышение Соединенных Штатов, для эрозии Северной Америки потребовалось бы 11-12 миллионов лет; [27] задолго до 66 миллионов лет кайнозоя. [34]
Исследования денудации в основном проводятся в речных бассейнах и в горных регионах, таких как Гималаи, поскольку это очень геологически активные регионы, [35] , что позволяет проводить исследования между поднятием и денудацией. Также проводятся исследования влияния денудации на карст, поскольку только около 30% химического выветривания воды происходит на поверхности. [36] Денудация оказывает большое влияние на карст и эволюцию ландшафта, поскольку наиболее быстрые изменения ландшафтов происходят при изменениях подземных структур. [36] Другие исследования включают влияние на скорость денудации; это исследование в основном изучает, как климат [37] и растительность [38] влияют на денудацию. Также проводятся исследования для поиска связи между денудацией и изостазией ; чем больше происходит денудация, тем легче становится кора в области, что допускает поднятие. [39] Работа в первую очередь направлена на определение соотношения между денудацией и поднятием, чтобы можно было сделать более точные оценки изменений в ландшафте. В 2016 и 2019 годах были проведены исследования, в которых была предпринята попытка применить показатели денудации для улучшения закона мощности потока, чтобы его можно было использовать более эффективно. [40] [41]
Денудация обнажает глубокие субвулканические структуры на современной поверхности области, где когда-то происходила вулканическая активность. Субвулканические структуры, такие как вулканические пробки и дайки, обнажаются денудацией.
Другие примеры включают в себя:
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )