Введение
Денодация – это геологический термин, описывающий различные процессы, разрушающие формы рельефа. Денодация – это геологический процесс, в ходе которого движущаяся вода, лед, ветер и волны разрушают земную поверхность, приводя к снижению высоты и уменьшению выраженности рельефа ландшафтов. Хотя термины «эрозия» и «денодация» часто используются как взаимозаменяемые, эрозия – это перенос почвы и горных пород из одного места в другое, а денодация – это совокупность процессов, включающая эрозию, приводящая к понижению земной поверхности. Эндогенные процессы, такие как вулканизм, землетрясения и тектоническое поднятие, могут обнажать континентальную кору для воздействия экзогенных процессов выветривания, эрозии и массовых сдвигов. Последствия денодации наблюдались на протяжении тысячелетий, но механизмы, лежащие в ее основе, обсуждались последние 200 лет и стали по-настоящему понятны лишь в последние десятилетия. Факторы, влияющие на денодацию, включают:
Denudation is the geological process in which moving water, ice, wind, and waves erode the Earth's surface, leading to a reduction in elevation and in relief of landforms and landscapes. Although the terms erosion and denudation are used interchangeably, erosion is the transport of soil and rocks from one location to another, and denudation is the sum of processes, including erosion, that result in the lowering of Earth's surface. Endogenous processes such as volcanoes, earthquakes, and tectonic uplift can expose continental crust to the exogenous processes of weathering, erosion, and mass wasting. The effects of denudation have been recorded for millennia but the mechanics behind it have been debated for the past 200 years and have only begun to be understood in the past few decades. Factors affecting denudation include:
Антропогенную (человеческую) деятельность, включая сельское хозяйство, строительство плотин, горнодобывающую промышленность и вырубку лесов;
Биосферу, посредством влияния животных, растений и микроорганизмов, способствующих химическому и физическому выветриванию;
Климат, в первую очередь посредством химического выветривания, вызванного дождями, но также и потому, что климат определяет тип происходящего выветривания;
Литологию, или тип горных пород;
Топографию поверхности и изменения в топографии поверхности, такие как массовые сдвиги и эрозия; и орогенез – процесс формирования гор.
Biosphere, via animals, plants, and microorganisms contributing to chemical and physical weathering;
Climate, most directly through chemical weathering from rain, but also because climate dictates what kind of weathering occurs;
Lithology or the type of rock;
Surface topography and changes to surface topography, such as mass wasting and erosion; and orogeny, the process that forms mountains.
Исторические теории
О последствиях денудации писали с древности, хотя термины "денудация" и "эрозия" использовались взаимозаменяемо на протяжении большей части истории. В эпоху Просвещения ученые начали пытаться понять, как происходили денудация и эрозия без мифических или библейских объяснений. На протяжении всего XVIII века ученые предполагали, что долины формируются ручьями, протекающими сквозь них, а не наводнениями или другими катаклизмами. В 1785 году шотландский врач Джеймс Хаттон предложил историю Земли, основанную на наблюдаемых процессах в течение неограниченного времени, что ознаменовало переход от предположений, основанных на вере, к рассуждениям, основанным на логике и наблюдениях. В 1802 году Джон Плейфэйр, друг Хаттона, опубликовал статью, разъясняющую идеи Хаттона, объясняя основной процесс разрушения земной поверхности водой и описывая эрозию и химическое выветривание. С 1830 по 1833 год Чарльз Лайелл опубликовал три тома "Основ геологии", в которых описывается формирование поверхности Земли продолжающимися процессами и которые утвердили и закрепили представление о постепенной денудации в научном сообществе. По мере того как денудация становилась все более осознанной, возникали вопросы о том, как она происходит и каковы ее результаты. Хаттон и Плейфэйр предположили, что со временем ландшафт в конечном итоге будет сглажен до эрозионных равнин на уровне моря или около него, что дало теории название "планация". Публикация эрозионного цикла Дэвиса побудила многих геологов начать искать доказательства планации по всему миру. Недовольный циклом Дэвиса из-за данных из западных Соединенных Штатов, Гроув Карл Гилберт предположил, что отступание склонов формирует ландшафты в педипланы, а У. Дж. МакГи назвал эти ландшафты педиментами. Это позже дало концепции название педипланация, когда Л. К. Кинг применил ее в глобальном масштабе. Доминирование давизианского цикла породило несколько теорий, объясняющих планацию, таких как эоловая и ледниковая планация, хотя только эчпланация выдержала испытание временем и критику, поскольку она основывалась на наблюдениях и измерениях, проведенных в различных климатических условиях по всему миру, и объясняла неровности ландшафтов. Большинство этих концепций потерпели неудачу, отчасти потому, что Джозеф Жукс, популярный геолог и профессор, в публикации 1862 года отделил денудацию и поднятие, что оказало длительное влияние на геоморфологию. Эти концепции также потерпели неудачу, потому что циклы, особенно цикл Дэвиса, были обобщениями и основывались на широких наблюдениях за ландшафтом, а не на детальных измерениях; многие концепции были разработаны на основе местных или специфических процессов, а не региональных процессов, и они предполагали длительные периоды континентальной стабильности. Теория Пенка, в конечном итоге проигнорированная, вернулась к одновременному происхождению денудации и поднятия и полагалась на подвижность континентов, хотя Пенк отвергал 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, поскольку появилось больше критики. Одним из критиков был Джон Лили, который заявил, что геологи не знали, как формируются рельефные формы, поэтому теория Дэвиса была построена на шатком основании. С 1945 по 1965 год в геоморфологических исследованиях произошел сдвиг от преимущественно дедуктивной работы к детальным экспериментальным проектам, использующим улучшенные технологии и методы, хотя это привело к исследованию деталей установленных теорий, а не к исследованию новых теорий. В 1950-х и 1960-х годах, по мере улучшения геологии океана и геофизики, стало ясно, что теория Вегенера о дрейфе континентов была верной и что части (плиты) поверхности Земли постоянно движутся. Также были внесены улучшения в геоморфологию для количественного определения форм склонов и речных сетей, а также для выявления взаимосвязей между формой и процессом, а также величиной и частотой геоморфных процессов. Благодаря этим открытиям и улучшениям в геофизике изучение денудации перешло от планации к изучению факторов, влияющих на денудацию, включая поднятие, изостазию, литологию и растительность, и измерению скоростей денудации по всему миру. Эти скорости предназначены для оценки и часто предполагают равномерную эрозию, среди прочего, для упрощения расчетов. Предположения, сделанные в расчетах, часто действительны только для изучаемых ландшафтов. Измерения денудации на больших площадях проводятся путем усреднения скоростей подразделений. Часто не учитывается влияние человека, что приводит к завышению результатов измерений. Расчеты показывают, что потеря почвы, вызванная деятельностью человека, изменит ранее рассчитанные скорости денудации менее чем на 30%. Только в зонах активных границ плит с длительным периодом непрерывной деформации скорости денудации и поднятия могут быть равны. Денудация измеряется в масштабе водосборного бассейна и может использовать другие измерения эрозии, которые обычно делятся на методы датирования и геодезические методы. Методы измерения эрозии и денудации включают измерение наносов в руслах рек, датирование космогенным воздействием и захоронением, отслеживание эрозии, топографические измерения, геодезические исследования отложений в водохранилищах, картирование оползней, химическое определение следов, термохронологию и анализ осадочных отложений в зонах отложения. Наиболее распространенным способом измерения денудации является измерение наносов в руслах рек на гидрологических постах. Важным уравнением для денудации является закон мощности потока: , где E — скорость эрозии, K — коэффициент эродируемости, A — площадь водосбора, S — уклон русла, а m и n — функции, которые обычно задаются заранее или предполагаются на основе местоположения. Предварительные исследования использования космогенных изотопов для измерения выветривания проводились путем изучения выветривания полевого шпата и вулканического стекла, которые содержат большую часть материала, содержащегося в верхней коре Земли. Наиболее часто используемые изотопы — 26Al и 10Be; однако 10Be используется чаще в этих анализах. 10Be используется из-за его распространенности и, хотя он нестабилен, его период полураспада в 1,39 миллиона лет относительно стабилен по сравнению с масштабом в тысячах или миллионах лет, в котором измеряется денудация. 26Al используется из-за низкого содержания Al в кварце, что облегчает его отделение, и из-за отсутствия риска загрязнения атмосферным 10Be. Эта техника была разработана, поскольку предыдущие исследования скоростей денудации предполагали постоянные скорости 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. В среднем концентрация невозмущенных космогенных изотопов в отложениях, покидающих определенный бассейн, обратно пропорциональна скорости эрозии этого бассейна. В быстро эродирующем бассейне большая часть породы подвергается воздействию лишь небольшого количества космических лучей перед эрозией и выносом из бассейна; в результате концентрация изотопов будет низкой. В медленно эродирующем бассейне интегрированное воздействие космических лучей намного больше, и концентрация изотопов будет намного выше. Проблемы измерения денудации связаны как с используемыми технологиями, так и с окружающей средой. Двумя основными проблемами методов датирования являются неопределенности в измерениях, как с используемым оборудованием, так и с предположениями, сделанными во время измерения; и связь между измеренными возрастами и историей маркеров. В исследовании Джеймса Гилулли представленные данные показали, что скорость денудации оставалась примерно одинаковой на протяжении всей кайнозойской эры, основываясь на геологических данных; однако, учитывая оценки скоростей денудации во время исследования Гилулли и высоту Соединенных Штатов, для эрозии Северной Америки потребовалось бы 11–12 миллионов лет.
Исследования денудации проводятся в основном в речных бассейнах и в горных районах, таких как Гималаи, поскольку это очень геологически активные регионы, которые…