Лекция 14. Методы и виды геоморфологических исследований

Морфологический анализ. Морфология рельефа — это учение о внешнем облике земной поверхности. Морфологические иссле­дования являются одним из традиционных видов изучения рель­ефа. С анализа внешнего облика изучаемого рельефа начинается любое геоморфологическое исследование. Многие свойства рельефа являются индикаторами природных явлений. Поэтому доро­гостоящая информация, добываемая с большими затратами сил, времени и материальных средств, иногда проще получается при изучении морфологии рельефа. Знания морфологии современно­го рельефа помогают понимать ход процессов, создававших рель­еф в прошлом и сейчас. Морфологическая информация позволяет раскрыть особенности происхождения и истории рельефа, меха­низмы формообразования элементов рельефа и прогнозировать их развитие и эволюцию.

В рамках этого направления описывают форму неровностей, их размеры, разнообразие конфигураций отдельных форм рель­ефа, их элементов и комплексов, а также взаимное размещение по поверхности Земли. Морфология изучает их внешний облик, чтобы раскрыть внутреннюю структуру форм рельефа разных по­рядков. Морфология создает классификации рельефа, раскрывает механизмы морфогенеза, морфодинамики и морфоэволюции.

Существует два вида морфологической характеристики рельефа: описательный и изобразительный. К изобразительным относятся рисунки, карты, фотографии и материалы дистанционного зондиро­вания. В составе описательного выделяются два основных подхода: словесный (вербальный) или морфографический и количественный (морфометрический), который содержит в себе характеристики эле­ментов рельефа (длину, высоту, площадь, угол наклона и др.).

Морфоструктурный анализ. Цель подобного анализа заключа­лась сначала в выяснении истории развития рельефа, а позднее — в выяснении соотношений между геологическим строением, текто­ническими движениями и структурами и рельефом земной поверх­ности. Морфоструктурный анализ способен решать две задачи:

- геологическую - выяснение строения и истории развития земной коры по определенным геоморфологическим критериям;

- геоморфологическую — выяснение истории развития и про­исхождения рельефа в связи с особенностями геологического стро­ения, истории, древней и современной динамики земной коры.

Особенно существенно применение принципов морфоструктурного анализа в прикладных геолого-поисковых целях для поисков и разведки нефтегазоносных геологических структур, коренных и россыпных месторождений полезных ископаемых. При этом применяются различные методы, прежде всего морфометрического изучения рельефа, которые позволяют судить о строении недр по некоторым качественным и количественным показателям морфологии рельефа - его гипсометрии, уклонам поверхности, морфологической структуре (соотношению структурных линий и поверхностей в рельефе).

Морфоструктурный анализ базируется на аксиоме, сформули­рованной В. Пенком и гласящей, что рельеф земной поверхности создается и развивается в результате взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов при первенстве в этом взаимодействии внутриземных процессов.

Конкретными объектами морфоструктурного анализа являют­ся большие или малые формы рельефа и лежащие в их основе гео­логические структуры и тектонические движения, создавшие эти структуры и основу форм рельефа - геотектур и морфоструктур.

По соотношению рельефа с геологическими структурами и движениями выделяют активные морфоструктуры, в которых обычно наблюдаются прямые соответствия между типом структу­ры и тектонических движений (главным образом неотектоничес­ких) и рельефом. Например, поднятия и формирование антикли­нальной структуры выражается в рельефе в виде возвышенности, а синклинальное прогибание — в виде впадины.

Пассивные морфоструктуры -отражение в рельефе особеннос­тей геологической структуры, но не благодаря движениям земной коры, одновременным периоду формирования рельефа, а в связи с особенностями литолого-тектонического строения горных пород. Пассивные морфоструктуры образуются комплексом денудацион­ных экзогенных процессов путем препарировки обычно древних геологических структур: плотные пласты и тела образуют положи­тельные формы рельефа, мягкие горные породы, более легко разру­шаемые экзогенными процессами, — дают отрицательные формы.

Генетический анализ. Главной целью генетического анализа является выявление механизмов образования рельефа. Понимание этих механизмов позволяет понять причины изменения ре­льефа. Накопленный в этой области опыт может послужить осно­ванием для геоморфологического прогнозирования и выработки рекомендаций по управлению изученными явлениями.

Развитие генетического анализа опирается на два подхода: морфодинамический (метод прямых физических наблюдений) и сравни­тельно-географический (признаково-классификационный), Первый подход опирается на физический анализ протекающих явлений. Он связан с экспериментом и математическим моде^ировднием,, в осно­ве которого лежат наблюдение и измерение. Второй связан с постро­ением генетических классификаций и логикой доказательств.

Основными направлениями генетического анализа являются:

- исследование вещества, принимающего участие в формиро­вании рельефа, его физико-химических свойств, которые опреде­ляют изменения неровностей земной поверхности;

- исследование видов рельефообразующих потоков и причин их появления и перемещения;

- исследование причин и механизмов изменения внешнего облика рельефа.

В определении происхождения рельефа выделяются следую­щие критерии:

- морфологический — облик формы рельефа сравнивается с эталонами форм различного происхождения;

- пространственно-позиционный — выявляется пространствен­ное положение изучаемого объекта в системе других форм рельефа;

- палеогеоморфологический - выявляются следы и признаки действия факторов и условий рельефообразования, которые могли существовать в прошлом. Определяется механический, минерало­гический и химический состав отложений, изучаются органичес­кие и неорганические остатки и включения, которые позволяют раскрыть обстановку осадконакопления, а иногда и возраст этих образований. Все это позволяет относить выбранный элемент ре­льефа к определенному генетическому классу.

Методы определения возраста рельефа. Возраст рельефа — это дата возникновения формы или элемента рельефа либо целого комплекса форм. Для характеристики особенностей развития ре­льефа есть два подхода: '

— относительное время, которое циклично и присутствует в концепциях о географических циклах у В. М. Дэвиса;

— абсолютное время - время геологического возраста рельефа. Следовательно, можно говорить об относительном и абсолют­ном возрасте рельефа.

Изучение возраста рельефа нужно для выявления последователь­ности событий и для определения степени совпадений по времени причин и следствий. При описании рельефа оценивается степень морфологической выраженности форм и элементов рельефа. Отме­чается степень их выраженности в морфологическом облике — сте­пень округлости, срезанности бровок, замытости шовных линий, степень совпадения морфологических границ с границами геологи­ческих структур и т. п. При сравнении с другими формами рельефа это позволяет высказать суждения об относительном возрасте, об устойчивости форм. Эти сведения нужны как для определения про­исхождения рельефа, так и для восстановления морфологической последовательности в истории геоморфологических событий.

Для определения происхождения морфоскульптурных форм рельефа большое значение имеет изучение рыхлых отложений, так как рельеф и рыхлые отложения возникают и формируют­ся одновременно в пространстве и во времени. Такие отложения называются коррелятными. Формы рельефа и связанные с ними отложения подчеркивают морфологическое и литогенетическое «начала» единого процесса рельефо- и осадкообразования. Вы­явление коррелятных отложений между денудационными и ак­кумулятивными формами позволяет устанавливать возраст ре­льефа. Процесс формирования аккумулятивных форм рельефа и накопления осадков называется морфолитогенезом.

Методы изучения истории развития рельефа. При изучении истории развития рельефа геоморфология занимается выяснени­ем последовательности событий, которые предшествовали на­стоящему времени. Информация о прошлом в развитии рельефа углубляют представления о современных процессах. Знание истории событий в прошлом рельефообразовании часто составляет основу представлений о возможной их смене в будущем.

Восстановление истории развития рельефа является базой для решения ряда прикладных задач. Такие исследования, являются основой, на которой формируются рекомендации для организа­ции поисков месторождений полезных ископаемых: месторожде­ния привязываются к определенным геоморфологическим обстановкам осадконакопления. Знания об истории развития рельефа полезны при создании рекомендаций для выбора строительных площадок под инженерные сооружения (в истории развития релье­фа записана история природных негативных процессов).. В истории развития рельефа содержится полезная информация для выработ­ки предложений при решении эколого-геоморфологических задач.

Историю развития рельефа можно представить как:

- последовательность стадий единого процесса рельефообразования - история рельефообразования описывается как единый и непрерывный процесс;

- характеристику земной поверхности определенных этапов геологической истории — события геоморфологической истории привязываются к известным рубежам геологической эволюции (например, с помощью коррелятных отложений);

- этапы в морфологической истории рельефа - выделяется время образования элементов рельефа, периоды, когда рельеф приобретает морфологическую зрелость.

Методы изучения динамики рельефа. Под динамикой рель­ефа понимается совокупность всех изменений рельефа. Изучение динамики рельефа преследует цель понять механизмы рельефо­образования, их причины, оценить эффективность действующих факторов и увидеть возможные следствия этих процессов. Пред­метом исследований являются меняющийся рельеф и те факторы, которые эти изменения вызывают. В ходе анализа динамики изуча­ется положение форм и элементов рельефа в пространстве, опреде­ляются направления и особенности их изменений во времени.

Методы геоморфологического прогнозирования. Геоморфо­логический прогноз - это суждение о будущем современного рельефа и современных рельефообразующих процессах. Прогнозы составляются на основе временного ряда наблюдений. Они состав­ляются для прогнозов отступания берегов водохранилищ, развития и роста оврагов и других быстроразвивающихся геоморфологических явлений. Прогнозирование нужно для управления процессами, явле­ниями и своими действиями. Научившись прогнозировать, человек стремится не только прогнозировать, но и управлять процессами. При прогнозировании учитываются и горные породы, и эндогенные и экзогенные условия, факторы, определяющие развитие рельефа, и тенденции изменения природопользования. При составлении про­гноза выделяют предмет прогнозирования, срок прогнозирования и тип состояния объекта. Когда предмет прогнозирования определен, нужно выделить те свойства рельефа, которые с течением времени претерпят изменения, а также оценить, какие из свойств изменяются чаще и значительнее, а какие из них являются более постоянными. Нужно выделить те свойства, которые могут во времени изменяться, и те процессы, которые приводят к изменениям рельефа.

Можно выделить четыре группы прогнозов по величине сро­ков упреждения:

1) краткосрочные:

- 2-4 года

- 5-9 лет;

2) среднесрочные (10-15 лет);

3) долгосрочные (16-30 лет);

4) сверхдолгосрочные (время не ограничено).

ЛЕКЦИЯ 15. ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ

Назначение геоморфологических карт. Геоморфологическая кар­та является одним из главных итогов любого геоморфологического исследования и средством познания земной поверхности как для науч­ных, так и для практических целей. Она дает возможность установить пространственные закономерности развития рельефа, установить свя­зи между рельефом и геологическим строением, рельефом и другими компонентами географического ландшафта. Геоморфологические кар­ты дают представление о строении территории, что позволяет делать прогнозные оценки развития рельефа, осуществлять хозяйственные мероприятия, связанные с районными планировками и рациональным размещением промышленного, гражданского, гидротехнического и до­рожного строительства, поисками и разведкой полезных ископаемых, борьбой с почвенно-овражной эрозией и другими неблагоприятными геоморфологическими процессами. На геоморфологической карте отражаются главные характеристики рельефа: морфология (морфография и морфометрия), генезис и возраст рельефа, динамика совре­менных геоморфологических процессов.

Классификация геоморфологических карт. Геоморфологи­ческие карты подразделяются по следующим признакам:

По масштабу карты подразделяются на мелкомасштабные (масштаб мельче 1 : 1 000 000); среднемасштабные (от 1 : 200 000 до 1 : 1 000 000 включительно) и крупномасштабные (крупнее 1 : 200 000). Масштабы 1 : 5000 и крупнее (детальные) относятся к геоморфологическим планам. Мелкомасштабные карты обычно составляют камеральным путем, карты среднего и крупного мас­штаба — на основе полевой геоморфологической съемки.

По назначению геоморфологические карты делятся на фун­даментальные (научного плана) и прикладные (ориентированные на определенного социального заказчика): поисково-геоморфоло­гические, инженерно-геоморфологические, агро-геоморфологи-ческие, эколого-геоморфологические, рекреационно-геоморфо-логические, карты геоморфологических памятников природы, геоморфологические карты, ориентированные на оборонные цели, и др. Так, карты густоты и глубины расчленения находят широкое применение при дорожных изысканиях; обе эти карты в совокуп­ности с картой крутизны земной поверхности используются для нужд сельскохозяйственной организации территории и т. п.

По степени подробности отражения различных типов ре­льефа геоморфологические карты могут быть региональные и типологические. На региональных картах рельеф показывается с равной степенью подробности для разных его типов; типологи­ческие карты подробно отражают формы рельефа определенного (обычно генетического) типа, например: карта карстового релье­фа, карта биогенного рельефа и т. п.

По содержанию выделяются два типа геоморфологических карт — общие и частные. Общие геоморфологические карты ха­рактеризуют рельеф по совокупности показателей, важнейшими из которых являются морфология, возраст и генезис рельефа Общие геомор­фологические карты используются в различных отраслях науки и хозяйства. На их основе могут проводиться любые геоморфоло­гические работы, а также составляться карты более узкого назна­чения путем нанесения дополнительных показателей, выделения или исключения некоторых элементов их нагрузки. Частные гео­морфологические карты создаются на основе какого-либо одного показателя, характеризующего рельеф. В соответствии с этим к категории частных карт могут быть отнесены морфометрические карты (карты углов наклона склонов, карты экспозиции склонов и др.), морфографические (отражающие только качественные ха­рактеристики рельефа: равнины плоские, пологоволнистые, по-догохолмистые), морфоструктурные (отражающие проявление в рельефе геологического строения), хронологические (карты воз­раста рельефа), морфодинамические (на них подробно характери­зуются современные геоморфологические процессы) и т. п.

По степени обобщения информации о рельефе террито­рий геоморфологические карты подразделяются на аналитичес­кие и синтетические (в первую очередь это относится к общим геоморфологическим картам). На аналитических картах объек­тами непосредственного изображения служат элементы и / или относительно малые формы рельефа. На синтетических картах выделяются морфологические комплексы рельефа, представляю­щие собой естественные группировки или сочетания форм (типы рельефа), для которых характерна некоторая общность внешне­го облика, геологического строения, происхождения и развития. Аналитические карты обычно бываю! крупно- или среднемасш-табными, а синтетические — средне- или мелкомасштабными. Раз­новидностью синтетических карт являются карты геоморфологи­ческого районирования, на которых территория подразделяется на отдельные части или регионы, с индивидуальными (иногда неповторимыми) для данной территории геоморфологическими признаками (преимущественно на уровне комплексов рельефа).

Составление геоморфологических карт. Геоморфологичес­кая карта обычно составляется на топографической основе, от качества которой зависит точность геоморфологического карто­графирования. Рисунок горизонталей на топографической карте необходимо рассматривать не только как элемент основы геомор­фологической карты, но и как важный компонент ее специально­го содержания, лучшее средство изображения внешнего облика рельефа, т. е. его морфографических и морфометрических черт. Важной для изучения рельефа и выявления его генезиса является и нанесенная на карту гидрографическая сеть территории.

Составление геоморфологической карты обычно начинается с разработки ее камерального варианта на основе анализа топогра­фической и геологической карт, дешифрирования космо- и аэро­фотоснимков, построенных геолого-геоморфологических профи­лей. Однако окончательные варианты геоморфологических карт крупного и среднего масштабов могут быть созданы только на ос­нове полевых наблюдений. Тем не менее составление камеральных (обычно предварительных) вариантов геоморфологической карты на ту или иную территорию является важным самостоятельным этапом в обобщении информации о рельефе и в его изучении.

Поскольку разнообразие геоморфологических карт велико, то для разных карт в легенду заложены различные принципы деления. Основные из них — это морфографический (качественные характе­ристики внешнего облика рельефа), морфометрический (количес­твенные показатели рельефа), хронологический (возраст рельефа), морфогенетический (морфология и генезис рельефа (исключительно генетический принцип используется редко)), морфодинамический (современные геоморфологические процессы). При составлении об­щих геоморфологических карт чаще всего используется хроно-морфогенетический (или историко-морфогенетический) принцип — на картах отображаются внешний облик, генезис и возраст рельефа (если достаточно информации о возрасте, которую обычно получить весьма сложно и трудоемко). Для изображения этих характеристик могут быть применены методы качественного или цветного фона, изолинии, штриховка, значки и индексы. Наиболее выразительное и наглядное картографическое средство - фоновая закраска. Ее чаще всего и используют для показа одной из важнейших характеристик рельефа — генезиса. Таким образом, поверхности разного генезиса закрашиваются разным цветом: поверхности морского происхожде­ния — синим, флювиального — зеленым и т. д. При выделении каждой генетической группы рельефа целесообразно подразделение их на аккумулятивные и выработанные.

Наилучшим из существующих способов морфографической и морфометрической характеристики рельефа является способ изображения его изолиниями. Ими являются горизонтали на то­пографических картах.

Морфографическая и морфометрическая характеристики релье­фа кроме собственно морфографо-морфометрических данных несут в себе генетическую информацию, возможность суждения о соотно­шении деятельности эндогенных и экзогенных процессов, а также об интенсивности последних. Выражением соотношения деятельности эндогенных и экзогенных процессов служат абсолютные высоты той или иной местности, густота и глубина ее расчленения. Все эти факторы в сочетании с углами наклона местности определяют как «набор», так и интенсивность современных экзогенных процессов.

Формы рельефа, не выражающиеся в масштабе карты горизон­талями, показывают при помощи условных знаков, каждый из ко­торых своим рисунком характеризует ту или иную форму с чисто внешней стороны, а цветом знака — ее происхождение.

Очень важное значение имеет также изображение возраста ре­льефа на геоморфологической карте. Возраст рельефа на геомор­фологических картах изображается оттенками цветного фона (в пределах той или иной генетической группы), индексами (внутри определенного контура), штриховкой. Последнюю, однако, целе­сообразнее оставлять для показа геологических структур, играю­щих существенную роль в формировании рельефа той или иной территории: резко выраженных в рельефе брахиантиклиналей, соляных куполов, бронированных поверхностей и т. д.

Система условных обозначений должна быть таковой, чтобы геоморфологическая карта давала наиболее полное представление о характере рельефа той или иной площади земной поверхности, истории его формирования, возрасте и тенденции развития.