Денудация — это геологический процесс, при котором движущаяся вода, лед, ветер и волны разрушают поверхность Земли, что приводит к уменьшению высоты и рельефа форм рельефа и ландшафтов. Хотя термины «эрозия» и «денудация» используются взаимозаменяемо, эрозия — это перенос 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 фиксировались на протяжении тысячелетий, но механизмы, лежащие в ее основе, обсуждались последние 200 лет [ когда? ] и начали пониматься только в последние несколько десятилетий. [3] [ когда? ]
Денудация включает в себя механические, биологические и химические процессы эрозии, выветривания и массового истощения. Денудация может включать удаление как твердых частиц, так и растворенного материала. К ним относятся подпроцессы криодеструкции, инсоляционное выветривание, гашение , соляное выветривание, биотурбация и антропогенное воздействие. [4]
К факторам, влияющим на денудацию, относятся:
О последствиях денудации писали еще с античных времен, хотя термины «денудация» и «эрозия» использовались как синонимы 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 18 века ученые предполагали, что долины образуются в результате протекающих через них ручьев, а не в результате наводнений или других катаклизмов. [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 наблюдениях. В 1802 году Джон Плейфэр , друг Хаттона, опубликовал статью, разъясняющую идеи Хаттона, объясняющую основной процесс воздействия воды на поверхность Земли и описывающую эрозию и химическое выветривание. [11] Между 1830 и 1833 годами Чарльз Лайель опубликовал три тома « Принципов геологии» , в которых описывается формирование поверхности Земли в результате происходящих процессов, а также которые одобрили и установили постепенную денудацию в более широком научном сообществе. [12]
Когда денудация стала достоянием широкой общественности, начали возникать вопросы о том, как происходит денудация и каков результат. Хаттон и Плейфэр предположили, что с течением времени ландшафт в конечном итоге стирается до эрозионных плоскостей на уровне моря или около него, что дало теории название «планация». [9] Чарльз Лайель предположил, что морские равнины, 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 в основном развивалась в Британии, где последствия береговой эрозии более очевидны и играют большую роль в геоморфических процессах. [9] Доказательств против морской планации было больше, чем в ее пользу. К 1860-м годам морская планация в значительной степени вышла из моды, и этот шаг возглавил Эндрю Рамзи , бывший сторонник морской планации, который признал, что дождь и реки играют более важную роль в денудации. В Северной Америке в середине XIX века были достигнуты успехи в выявлении речной, 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, хотя пенепланация была совместима в Аппалачах, она не работала так же хорошо на более активном американском Западе. Пенепланация представляла собой цикл, в котором молодые ландшафты возникают в результате поднятия и оголяются до уровня моря, который является базовым уровнем. Процесс возобновится, когда старый ландшафт снова поднимется или когда базовый уровень опустится, создав новый, молодой ландшафт. [13]
Публикация цикла эрозии по Дэвису побудила многих геологов начать искать доказательства планации по всему миру. Неудовлетворенный циклом Дэвиса из-за свидетельств из западных Соединенных Штатов, Гроув Карл Гилберт предположил, что изнашивание склонов превратит ландшафты в педиплены , [14] и У. Дж. МакГи назвал эти ландшафты фронтонами. Позже это дало концепции название «педипланация», когда Л. Кинг применил ее в глобальном масштабе. [15] Доминирование цикла Дэвиса породило несколько теорий, объясняющих выравнивание, таких как эолирование и ледниковое выравнивание, хотя только гравирование пережило время и тщательное изучение, поскольку оно было основано на наблюдениях и измерениях, проведенных в различных климатических условиях по всему миру, а также оно объяснил 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, потому что циклы, в частности Дэвиса, были обобщениями и основывались на широких наблюдениях за ландшафтом, а не на детальных измерениях; многие концепции были разработаны на основе местных или конкретных процессов, а не региональных процессов, и предполагали длительные периоды континентальной стабильности. [9]
Некоторые ученые выступали против цикла Дэвиса; одним из них был Гроув Карл Гилберт , который, основываясь на измерениях с течением времени, понял, что денудация носит нелинейный характер; он начал разрабатывать теории, основанные на гидродинамике и концепциях равновесия. Другим был Вальтер Пенк , который разработал более сложную теорию о том, что денудация и поднятие происходили одновременно и что формирование ландшафта основано на соотношении между скоростями денудации и поднятия. Предложенная им теория геоморфологии 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 подвижность континентов, хотя Пенк отверг дрейф континентов . Модели Дэвиса и Пенка активно обсуждались в течение нескольких десятилетий, пока модель Пенка не была проигнорирована, а поддержка модели Дэвиса ослабла после его смерти по мере того, как появлялось все больше критических замечаний. Одним из критиков был Джон Лили , который заявил, что геологи не знали, как образовались формы рельефа, поэтому теория Дэвиса была построена на шатком фундаменте. [19]
С 1945 по 1965 год изменения в геоморфологических исследованиях привели к переходу от преимущественно дедуктивной работы к детальным экспериментальным планам, в которых использовались улучшенные технологии и методы, хотя это привело к исследованию деталей существующих теорий, а не к исследованию новых теорий. В течение 1950-х и 1960-х годов, когда были достигнуты улучшения в геологии и геофизике океана , стало яснее, что теория Вегенера о дрейфе континентов верна и что существует постоянное движение частей ( плит ) земной поверхности. Были также усовершенствованы геоморфология для количественной оценки форм склонов и дренажных сетей, а также для поиска взаимосвязи между формой и процессом, а также величиной и частотой геоморфических процессов. [9] Последний удар по пенепланации был нанесен в 1964 году, когда группа под руководством Луны Леопольд опубликовала «Речные процессы в геоморфологии» , которая связывает формы рельефа с измеримыми процессами стока осадков и инфильтрации, и пришла к выводу, что в наше время на больших территориях не существует пенепленов, а также каких-либо исторических пенепленов. существование этого явления должно быть доказано, а не выведено из современной геологии. Они также заявили, что фронтоны могут образовываться во всех типах горных пород и регионах, хотя и в результате разных процессов. [20] Благодаря этим открытиям и улучшениям в геофизике изучение денудации перешло от выравнивания к изучению того, какие взаимосвязи влияют на денудацию, включая поднятие, изостазию, литологию и растительность, и измерению скорости денудации по всему миру. [9]
Денудация измеряется износом поверхности Земли в дюймах или сантиметрах за 1000 лет. [21] Этот показатель предназначен для оценки и часто предполагает равномерную эрозию, среди прочего, для упрощения расчетов. Сделанные предположения часто справедливы только для изучаемых ландшафтов. Измерения денудации на больших площадях производятся путем усреднения скоростей подразделений. Часто никакие поправки на воздействие человека не делаются, что приводит к завышению показателей. [22] [ неоднозначно ] Расчеты показали, что потеря почвы на 0,5 метра (20 дюймов), вызванная деятельностью человека, изменит ранее рассчитанные темпы денудации менее чем на 30%. [23]
Скорость денудации обычно намного ниже, чем скорость поднятия, а средние скорости складчатости могут в восемь раз превышать максимальную среднюю скорость денудации. [24] Единственные области, на которых могут быть равные темпы денудации и поднятия, - это активные края плит с длительным периодом непрерывной деформации. [25]
Денудация измеряется в масштабах водосбора и может использовать другие измерения эрозии, которые обычно делятся на методы датирования и съемки. Методы измерения эрозии и денудации включают измерение речной нагрузки, датирование космогенного воздействия и захоронения, отслеживание эрозии, топографические измерения, обследование отложений в водохранилищах, картирование оползней, химическое дактилоскопирование, термохронологию и анализ осадочных записей в районах отложения. [26] Самый распространенный способ измерения денудации – это измерения речной нагрузки , проводимые на гидрометрических станциях . [21] Подвешенная нагрузка , нагрузка на кровать и растворенная нагрузка включены в измерения. Вес груза переводится в объемные единицы, а объем груза делится на площадь водораздела над гидропостом. [21] Проблема с этим методом измерения заключается в высоких ежегодных колебаниях речной эрозии, которая может достигать пяти раз в разные годы. [27] Важным уравнением денудации является степенной закон потока: , где E — скорость эрозии, K — константа эрозии, A — площадь дренажа, S — градиент русла, а m и n — функции, которые обычно задаются заранее или предполагаются в зависимости от местоположения. [8] Большинство измерений денудации основаны на измерениях речной нагрузки и анализе отложений или химического состава воды.
Более поздний метод — это космогенный изотопный анализ, который используется в сочетании с измерениями речной нагрузки и анализом отложений. 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 изотопами являются 26 Al и 10 Be; однако в этих анализах чаще используется 10 Be. 10 Be используется из-за его распространенности, и, хотя он нестабилен, его период полураспада, составляющий 1,39 миллиона лет, относительно стабилен по сравнению с масштабом в тысячи или миллионы лет, в котором измеряется денудация. 26 Al используется из-за низкого содержания Al в кварце, что облегчает его разделение, а также из-за отсутствия риска загрязнения атмосферы 10 Be. [28] Этот метод был разработан потому, что предыдущие исследования скорости денудации предполагали постоянные темпы эрозии, хотя такое единообразие трудно проверить в полевых условиях и может быть недействительным для многих ландшафтов; его использование для измерения денудации и геологической датировки событий было важно. [29] В среднем концентрация ненарушенных космогенных изотопов в отложениях, покидающих конкретный бассейн, обратно пропорциональна скорости эрозии этого бассейна. В быстро разрушающемся бассейне большая часть горных пород подвергается лишь небольшому количеству космических лучей перед эрозией и выносом из бассейна; в результате концентрация изотопа будет низкой. В медленно разрушающемся бассейне суммарное воздействие космических лучей намного больше, а концентрация изотопов будет намного выше. [23] Измерение резервуаров изотопов в большинстве районов с помощью этого метода затруднено, поэтому предполагается равномерная эрозия. Также существуют различия в измерениях от года к году, которые могут достигать трех раз. [30]
Проблемы измерения денудации включают как используемые технологии, так и окружающую среду. [26] Оползни могут помешать измерениям денудации в горных регионах, особенно в Гималаях . [31] Двумя основными проблемами методов датирования являются неопределенности в измерениях, как в отношении используемого оборудования, так и в предположениях, сделанных во время измерений; и взаимосвязь между измеренным возрастом и историей маркеров. [26] Это относится к проблеме принятия допущений на основе проводимых измерений и измеряемой площади. Факторы окружающей среды, такие как температура, атмосферное давление, влажность, высота над уровнем моря, ветер, скорость света на больших высотах при использовании лазеров или измерений времени полета, дрейф приборов, [26] химическая эрозия, а также космогенные изотопы, климат и снег или ледник. покрытие. [31] При изучении денудации следует учитывать эффект Стадлера, который гласит, что измерения за короткие периоды времени показывают более высокие темпы накопления, чем измерения за более длительные периоды времени. [32] В исследовании Джеймса Гилулли представленные данные свидетельствуют о том, что скорость денудации оставалась примерно одинаковой на протяжении всей кайнозойской эры, основываясь на геологических данных; [33] однако, учитывая оценки темпов денудации на момент исследования Гилулли и подъем Соединенных Штатов, для эрозии Северной Америки потребуется 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 тогда, когда происходят изменения в подземных структурах. [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, направленные на установление связи между денудацией и изостазией ; чем больше происходит денудации, тем светлее становится кора на участке, что позволяет подниматься. [39] Целью работы в первую очередь является определение соотношения между денудацией и поднятием, чтобы можно было сделать более точную оценку изменений в ландшафте. В 2016 и 2019 годах было проведено исследование, в ходе которого была предпринята попытка применить скорость денудации для улучшения степенного закона потока, чтобы его можно было использовать более эффективно. [40] [41]
Денудация обнажает глубокие субвулканические структуры на современной поверхности территории, где когда-то происходила вулканическая активность. Субвулканические структуры, такие как вулканические пробки и дайки , обнажены в результате денудации.
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}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )