Паняцце гідрасферы і яе ўплыў на геалогію
Гідрасфера — гэта ўсе кампаненты вады, якія знаходзяцца на Зямлі, у тым ліку вада ў вадкім, цвёрдым і газападобным стане. Яна ўключае акіяны, рэкі, азёры, балоты, падземныя воды, ледавікі, атмасферную вадзяную пару і вільгаць, якая захоўваецца ў глебе і горных пародах. Нягледзячы на тое, што вада пакрывае «толькі» каля 71% паверхні Зямлі, яе роля выходзіць далёка за рамкі простага пакрыцця паверхні: гідрасфера з'яўляецца асноўным рухавіком розных геалагічных працэсаў, якія фарміруюць ландшафт, змяняюць уласцівасці горных парод і ўплываюць на дынаміку зямной кары. Разуменне канцэпцыі гідрасферы азначае разуменне таго, як вада рухаецца, захоўваецца, узаемадзейнічае з горнымі пародамі і, у канчатковым выніку, фарміруе паверхню Зямлі з цягам часу.
Асноўныя паняцці гідрасферы: кампаненты і цыркуляцыя
Канцэптуальна гідрасфера разумеецца праз два асноўныя аспекты: рэзервуар (захоўванне) і цыркуляцыя (рух). Найбуйнейшым рэзервуарам з'яўляецца акіян, які ўтрымлівае большую частку вады Зямлі. На сушы вада захоўваецца ў лёдзе і ледавіках, азёрах і рэках, а таксама ў падземных водах, якія запаўняюць поры глебы і расколіны горных парод. У атмасферы ўтрыманне вады адносна невялікае па аб'ёме, але яно вельмі важнае, таму што адыгрывае ролю ва ўтварэнні дажджоў і рэгуляванні клімату.
Рух вады адбываецца праз гідралагічнае кола: выпарэнне з акіяна і сушы, кандэнсацыя, якая ўтварае аблокі, ападкі (дождж/снег), затым павярхоўны сцёк (сцёк) і інфільтрацыя ў грунтавыя воды. У рэшце рэшт, вада вяртаецца ў акіян праз рэкі, падземныя патокі або раставанне лёду. Гэты цыкл не толькі перамяшчае ваду, але і перадае энергію (схаванае цяпло) і матэрыялы (асадкі і раствораныя рэчывы). Менавіта тут сувязь паміж гідрасферай і геалогіяй становіцца вельмі моцнай.
Гідрасфера як фактар выветрывання горных парод
Адным з найбольш фундаментальных уплываў гідрасферы на геалогію з'яўляецца выветрыванне — працэс разбурэння горных парод in situ. Выветрыванне адбываецца з дапамогай фізічных, хімічных і біялагічных механізмаў, і ва ўсіх іх удзельнічае вада.
1. Фізічнае выветрыванне: вада можа пранікаць у расколіны горных парод і замярзаць. Калі яна замярзае, яе аб'ём пашыраецца і аказвае ціск, які пашырае расколіны. Гэты працэс, вядомы як замярзанне-адтаванне або марознае клінаванне, распаўсюджаны ў горных раёнах або рэгіёнах, дзе назіраюцца цыклы замярзання-адтавання. Акрамя таго, цякучая вада таксама можа выклікаць змены ціску і спрыяць аддзяленню зерняў горных парод.
2. Хімічнае выветрыванне: вада выступае ў якасці растваральніка і рэакцыйнага асяроддзя. Такія рэакцыі, як гідратацыя, гідроліз, акісленне і карбанізацыя, ператвараюць мінералы ў новыя, больш стабільныя мінералы ў паверхневых умовах. Напрыклад, вада, змяшаная з CO₂, утварае слабую вугальную кіслату, якая можа раствараць карбанатныя мінералы (напрыклад, кальцыт). Гэты працэс з'яўляецца ключом да ўтварэння карставых ландшафтаў.
3. Біялагічнае выветрыванне: вада падтрымлівае жыццё раслін і мікраарганізмаў. Карані раслін могуць адкрываць расколіны ў горных пародах, а мікробы паскараюць хімічныя рэакцыі, выпрацоўваючы арганічныя кіслоты. Такім чынам, гідрасфера адыгрывае ўскосную ролю праз экасістэмы.
Выветрыванне — гэта першапачатковы этап утварэння глебы, асадкавых парод і хімічных змен у зямной кары — падмурак для наступных геалагічных працэсаў.
Эрозія, транспарт і седыментацыя: фарміраванне паверхні сушы
У той час як выветрыванне разбурае горныя пароды, эрозія перамяшчае іх. Гідрасфера, асабліва ў выглядзе ручаёў, акіянскіх хваль і плыняў, з'яўляецца вельмі эфектыўным фактарам эрозіі і пераносу асадкавых парод.
У флювіяльным (рачным) асяроддзі вада размывае рэчышчы і берагі рэк, утвараючы даліны, каньёны, меандры і дэльты. Хуткасць плыні, расход, градыент схілу і памер зерняў асадка вызначаюць здольнасць ракі пераносіць матэрыял. У стромкіх вытоках пераважае вертыкальная эрозія, утвараючы V-вобразныя даліны. У нізінах энергія патоку зніжаецца, і рэкі, як правіла, меандруюць, адкладаючы дробныя асадкі на поймах.
На ўзбярэжжы хвалі і ўздоўжбярэжныя плыні размываюць скалы і перамяшчаюць пясок, утвараючы пляжы, косы, тамбалас і прыбярэжныя выдмы. Тым часам у глыбакаводных умовах дробныя адклады могуць асядаць у выглядзе бруду або пераносіцца каламутнымі плынямі, якія ўтвараюць падводныя вееры. Усе гэтыя адклады могуць падвяргацца ўшчыльненню і цэментацыі, ператвараючыся ў асадкавыя пароды — геалагічныя архівы, якія запісваюць мінулую гісторыю навакольнага асяроддзя.
Гідрасфера і фарміраванне карставых рэльефаў
Карст — яскравы прыклад таго, як вада змяняе геалогію праз растварэнне горных парод. У раёнах, якія складаюцца з вапняку або даламіту, слабакіслыя дажджавыя воды павольна, але бесперапынна раствараюць карбанатныя мінералы. У выніку гэтага працэсу ўтвараюцца пячоры, ямы, правалы, падземныя рэкі і карставыя крыніцы.
Карст — гэта не толькі геамарфалагічная з'ява, але і гідрагеалогія з-за сваіх складаных і хуткіх сістэм патоку вады. Ён вельмі схільны да забруджвання, бо вада можа працякаць праз вялікія праходы без належнай фільтрацыі. З геалагічнага пункту гледжання, карст дэманструе, як гідрасфера можа "ляпіць" горныя пароды праз маштабныя хімічныя рэакцыі.
Роля падземных вод у геалогіі і экалагічнай стабільнасці
Грунтавыя воды — гэта схаваны, але вельмі ўплывовы кампанент гідрасферы. Яны папаўняюць ваданосныя пласты, рухаюцца праз поры і расколіны ў горных пародах і ўзаемадзейнічаюць з мінераламі на сваім шляху. Іх уплыў на геалогію ўключае:
– Змяненне мінералаў: падземныя воды могуць раствараць пэўныя элементы і зноў вылучаць іх у асадак, утвараючы натуральную цэментацыю або другасныя мінеральныя адклады.
– Прасяданне: празмерная здабыча грунтавых вод можа выклікаць прасяданне зямлі з-за ўшчыльнення асадкавых парод, асабліва ў некансалідаваных гліністыя і пясчаныя адклады.
– Апоўзні: пранікальная вада павялічвае поравы ціск у глебе, памяншае міжзернітавае трэнне і выклікае нестабільнасць схілаў. Таму моцныя ападкі часта асацыююцца з апоўзнямі.
– Крыніцы і траверцін: багатыя карбанатамі падземныя воды могуць асадкаваць траверцін, калі ён дасягае паверхні, і губляць CO₂, утвараючы асадкавыя тэрасы.
Такім чынам, падземныя воды звязваюць хімічныя працэсы горных парод з геалагічнымі рызыкамі і кіраваннем рэсурсамі.
Гідрасфера, лёд і ледавіковая геалогія
У цвёрдым стане вада ўтварае ледавікі і ледзяныя шчыты, якія могуць «скульптураваць» ландшафт. Ледавікі павольна рухаюцца пад уздзеяннем сілы цяжару, размываючы карэнныя пароды шляхам абразіі і вырывання, а затым пераносячы матэрыял у выглядзе марэны. Тыповыя ледавіковыя формы рэльефу ўключаюць U-вобразныя даліны, цыркі, фіёрды, друмліны і адклады тыля.
Уплыў ледавіковай геалогіі выходзіць за рамкі эрозіі. Велізарная вага лёду можа сціскаць зямную кару і выклікаць ізастатычную перабудову па меры раставання лёду — кара павольна «падскоквае» ўверх. Гэтыя змены ўплываюць на берагавыя лініі, рэжымы рачнога патоку і стабільнасць адкладаў.
Гідрасфера ў дынаміцы пліт і магматычных працэсах
Нягледзячы на тое, што гідрасфера часта асацыюецца з паверхневымі працэсамі, вада таксама адыгрывае ролю ў тэктанічным маштабе. У зонах субдукцыі акіянічныя пліты пераносяць ваду ў адкладах і гідратаваных мінералах на глыбіню. Па меры павышэння ціску і тэмпературы вада вызваляецца, зніжаючы тэмпературу плаўлення мантыі і спрыяючы ўтварэнню магмы. Гэта адзін з механізмаў, які тлумачыць, чаму вулканічныя дугі (напрыклад, у Інданезіі) такія актыўныя: вада з субдукуючай пліты спрыяе працэсу плаўлення.
Акрамя таго, гарачая вада ў гідратэрмальных сістэмах можа раствараць металы і выпадаць у асадак у выглядзе руд пры змене ўмоў. Шматлікія эканамічна каштоўныя радовішчы карысных выкапняў звязаны з цыркуляцыяй гідратэрмальных вадкасцей, што дэманструе, што «вада» можа быць ключавым фактарам у геалагічным утварэнні рэсурсаў.
Уплыў змяненняў гідрасферы на сучасную геалогію
Змена рэжыму выпадзення ападкаў, павышэнне ўзроўню мора і раставанне ледзяных шапак з-за змены клімату змяняюць баланс геалагічных працэсаў. Павышэнне ўзроўню мора паскарае эрозію ўзбярэжжа і пранікненне салёнай вады ў прыбярэжныя ваданосныя пласты. Экстрэмальная інтэнсіўнасць ападкаў павялічвае эрозію, раптоўныя паводкі і апоўзні. У засушлівых рэгіёнах змены ў даступнасці вады могуць паскорыць апустыньванне і змяніць паступленне наносаў у рэкі і дэльты. Такім чынам, сучасная дынаміка гідрасферы спрыяе вызначэнню эвалюцыі ландшафту і рызыкі бедстваў.
Закрыццё
Гідрасфера неаддзельная ад геалогіі. Вада выветрывае горныя пароды, размывае і пераносіць адклады, стварае дэльты і поймы, растварае вапняк, утвараючы карст, кантралюе стабільнасць схілаў праз грунтавыя воды, фарміруе ландшафты праз ледавікі і нават уплывае на ўтварэнне магмы і мінеральных радовішчаў праз субдукцыю і гідратэрмальныя працэсы. Паняцце гідрасферы ў асноўным тычыцца руху вады і яе ўзаемадзеяння з фізічным асяроддзем Зямлі. Такім чынам, разуменне гідрасферы азначае разуменне адной з асноўных сіл, якія працягваюць фарміраваць планету — як у штодзённым маштабе праз ападкі і рэкі, так і ў геалагічным маштабе праз адклады, тэктоніку і змяненне клімату.
