Рельеф и тектоника России

В 1763 году Михаил Ломоносов напечатал работу «О слоях земных» — по сути первый русский учебник геологии. В ней есть место, которое стоит прочитать дословно, потому что с него начинается всё сегодняшнее содержание урока:

«Твердо помнить должно, что видимые телесные на земли вещи и весь мир не в таком состоянии были с начала от создания, как ныне находим… но великие происходили в нём перемены, что показывает история и древняя география, с нынешнею снесённая, и случающиеся в наши веки перемены земной поверхности».

Мысль, очевидная сегодня и совершенно не очевидная тогда: рельеф не вечен. Горы растут и разрушаются, море наступает и отступает, равнина на месте бывшего океана — обычное дело. Ломоносов писал это, глядя на окаменелые раковины, найденные вдали от моря, и на слои пород в обрывах рек.

Через сто с лишним лет Александр Карпинский — первый выборный президент Российской академии наук — составил геологические карты Европейской России и показал, что колебания суши и моря шли закономерно, а не хаотично. Именно от этих работ ведёт начало наше нынешнее умение сказать по карте, что лежит под равниной и почему там будет уголь, а не золото.

Что нужно вынести из истории вопроса. Рельеф — это результат борьбы двух сил: внутренних (эндогенных), которые поднимают и ломают земную кору, и внешних (экзогенных), которые её разрушают и выравнивают. Весь урок сводится к тому, чтобы по форме рельефа определить, какая сила и когда здесь работала.

Рельеф не случаен — он повторяет строение земной коры, и связь эта прямая.

Платформа — древний, давно остывший и застывший участок коры. Она состоит из двух этажей: кристаллический фундамент (смятые в складки древние породы) и осадочный чехол (горизонтальные слои осадков, накопившиеся сверху за сотни миллионов лет). Платформа тектонически спокойна: землетрясений почти нет, движения медленные. Горизонтальные слои чехла и дают ровную поверхность — равнину.

Складчатый пояс — зона, где литосферные плиты сближаются и сталкиваются. Породы сминаются в складки, поднимаются, происходит вулканизм и землетрясения. Результат — горы.

Отсюда правило соответствия, на котором строятся задания: равнине — платформа, горам — складчатая область. Восточно-Европейская равнина лежит на Русской (древней) платформе, Западно-Сибирская — на молодой плите, Среднесибирское плоскогорье — на Сибирской платформе; Кавказ относится к молодой альпийской складчатости, Урал — к древней герцинской, Камчатка и Курилы — к современной складчатости на границе плит.

Второе правило — про полезные ископаемые, и оно вытекает из первого. В осадочном чехле платформ образуются осадочные ископаемые: нефть, газ, уголь, соли, фосфориты. Там, где фундамент выходит на поверхность (щит: Балтийский, Алданский) или где есть складчатые пояса, встречаются рудные ископаемые магматического происхождения: железо, медь, никель, золото.

Проверка правила на примере. Западно-Сибирская равнина — молодая плита с мощнейшим осадочным чехлом → крупнейшие в стране месторождения нефти и газа. Урал — разрушенные древние горы, где эрозия обнажила глубинные породы → руды меди, железа, драгоценные и поделочные камни. Курская магнитная аномалия — железные руды в месте, где к поверхности близко подходит фундамент платформы.

Восточно-Европейская (Русская) равнина — холмистая: чередование возвышенностей (Среднерусская, Приволжская, Валдайская) и низменностей. Холмистость объясняется и неровностями фундамента, и работой древнего ледника: он оставил после себя морены (гряды принесённого материала) и выпаханные котловины, ставшие озёрами Северо-Запада.

Западно-Сибирская равнина — исключительно плоская и заболоченная. Причина тройная, и её стоит уметь объяснить: (1) это молодая плита, где осадки накапливались недавно и легли ровно, почти без последующих движений; (2) уклон ничтожен, поэтому вода не стекает, а застаивается; (3) увлажнение избыточное (осадков больше, чем испаряется), а на севере ещё и мерзлота работает как водоупор, не пропуская воду вглубь. Итог — Васюганские болота, одни из крупнейших в мире.

Среднесибирское плоскогорье — приподнятая ступенчатая поверхность на древней платформе, рассечённая глубокими долинами рек; здесь же траппы — древние излияния магмы, с которыми связаны норильские медно-никелевые руды.

Урал — древние герцинские горы, разрушенные эрозией: невысокие (высшая точка — гора Народная, 1895 м), с плавными вершинами. Именно разрушенность сделала Урал «кладовой»: эрозия сняла верхние слои и обнажила рудные тела.

Горы юга Сибири (Алтай, Саяны) — древние складчатые сооружения, вновь поднятые новейшими движениями по разломам, поэтому высокие и с крутыми склонами. Высшая точка Алтая — гора Белуха.

Камчатка и Курилы — область современного вулканизма: здесь океаническая плита погружается под материковую, и расплав поднимается к поверхности. Ключевская Сопка — высочайший действующий вулкан Евразии. Эта же зона — самая сейсмически опасная в стране, вместе с Кавказом и Прибайкальем.

Общий наклон страны. Территория понижается к северу: юг и восток выше, север ниже. Это видно по рельефу и подтверждается направлением рек — большинство их течёт в Северный Ледовитый океан.

Поставим рядом две горные системы России и разберём, почему они так непохожи. Это сравнение — самое полезное в теме, потому что через него видно действие времени.

Урал. Горы древние, они сложились в герцинскую складчатость, то есть около 300 миллионов лет назад, когда столкнулись две древние платформы. Тогда это были высокие горы. С тех пор внешние силы — вода, ветер, мороз, ледники — работали над ними триста миллионов лет без перерыва. Результат: высшая точка Урала, гора Народная, — всего около 1895 м, хребты сглажены, вершины округлы, перевалы низкие. Через Урал спокойно проходят железные дороги, и он давно перестал быть преградой.

Но у старости есть обратная сторона. Разрушение сняло верхние слои и вывело на поверхность то, что образовалось на глубине: рудные тела, драгоценные и поделочные камни. Отсюда уральские железные и медные руды, хромиты, бокситы, малахит и самоцветы. Богатство Урала — прямое следствие его древности.

Кавказ. Горы молодые, альпийская складчатость, им десятки миллионов лет, и складкообразование продолжается: Аравийская литосферная плита давит на Евразийскую, Кавказ растёт до сих пор. Отсюда высота: Эльбрус — 5642 м, более десятка вершин выше пяти километров. Отсюда же острые гребни, глубокие ущелья, ледники, землетрясения и следы недавнего вулканизма — Эльбрус и Казбек — потухшие вулканы.

Внешние силы просто не успели их сгладить: горы поднимаются быстрее, чем разрушаются. И руды на поверхность ещё не выведены — рудные месторождения Кавказа куда скромнее уральских.

Правило, которое отсюда следует. Высота гор говорит не столько о силе поднятия, сколько о возрасте: чем моложе горы, тем они выше и острее; чем древнее — тем ниже и глаже, зато богаче выведенными на поверхность рудами. Проверь правило на других системах: Алтай и Саяны — возрождённые горы древней складчатости, поднятые заново по разломам, поэтому они высокие, но с плоскими древними поверхностями наверху; Сихотэ-Алинь — средневысотные; Верхоянский хребет — древний, сглаженный.

Как это спрашивают. В задании на соответствие дают регион и просят тектоническую структуру либо полезное ископаемое. Рассуждение всегда одно: определи, равнина или горы; если горы — молодые или древние; отсюда и структура, и тип ископаемых.

Формулировку «равнинам соответствуют платформы, горам — складчатые пояса» заучивают все. Но она становится полезной только тогда, когда понятно, почему так.

Что такое платформа. Это участок земной коры, который давно перестал складываться. Когда-то и там были горы, но складкообразование закончилось сотни миллионов лет назад, горы сработались до основания, а сверху накопился осадочный чехол — слои песков, глин, известняков, отложенных морями, реками и ветром. Под чехлом лежит смятый и метаморфизованный кристаллический фундамент.

Почему сверху ровно. Осадки откладываются горизонтальными слоями и заполняют неровности — это выравнивающий процесс по своей природе. Если платформа спокойна, слой за слоем накапливается ровная толща, а поверхность становится равниной. Так устроены Восточно-Европейская и Западно-Сибирская равнины.

Щит — это платформа без чехла. Там, где фундамент выходит на поверхность (Балтийский щит в Карелии и на Кольском полуострове, Алданский щит в Якутии), чехла нет, и на поверхности лежат древние кристаллические породы. Отсюда два следствия: рельеф там холмистый, а не идеально ровный, и рудные ископаемые лежат прямо под ногами — апатиты Хибин, железные руды Карелии.

Отсюда главный вывод про ископаемые, и он чисто механический. — Осадочный чехол платформ — это бывшие моря и болота, то есть органика и соли: нефть, газ, уголь, соли, фосфориты. Западно-Сибирская нефть и газ — в чехле молодой плиты; печорский и кузнецкий уголь — в осадочных толщах прогибов. — Фундамент, щиты и складчатые пояса — это магматические и метаморфические породы, то есть руды: железо Курской магнитной аномалии (там фундамент подходит близко к поверхности), медь и никель Норильска, золото Сибири, полиметаллы гор.

Проверка ответа. Если по твоей логике нефть оказалась в горах на кристаллических породах, а железная руда — посреди осадочной толщи, вернись на шаг назад: скорее всего, спутаны чехол и фундамент.

Внутренние силы создали каркас рельефа, но ту форму, которую мы видим сегодня, придали внешние силы. Для России главная из них — древнее оледенение.

В четвертичном периоде ледниковый щит несколько раз наступал со Скандинавии и с Новой Земли. Последнее крупное оледенение Русской равнины называют валдайским, оно закончилось около 10–12 тысяч лет назад.

Что делает ледник, когда движется. Он работает как гигантский рубанок: сдирает рыхлые отложения, выпахивает котловины в мягких породах, обтачивает и полирует скалы. Всё содранное он тащит в себе и подо льдом.

Что делает ледник, когда тает. Оставляет принесённый материал на месте: неотсортированную смесь глины, песка и валунов — морену. Гряды морен образуют холмистый рельеф: Валдайская и Смоленско-Московская возвышенности — это именно краевые морены, то есть места, где край ледника долго стоял.

• • Отсюда три узнаваемых следствия.
• • Озёра северо-запада: Ладожское, Онежское, тысячи карельских озёр лежат в выпаханных ледником котловинах и в понижениях между моренными холмами. Поэтому озёрность резко падает к югу: южнее границы оледенения таких котловин просто нет.
• • Валуны на полях Северо-Запада и Подмосковья — принесённые с севера обломки скандинавских пород. Их находят за сотни километров от родного массива, и это одно из первых доказательств существования оледенения.
• • Плоские заболоченные низины — днища бывших приледниковых озёр, например Мещёрская низменность.

А что южнее ледника. Там главную работу делает текучая вода. Среднерусская, Приволжская, Ставропольская возвышенности густо изрезаны оврагами и балками: сток с распаханных склонов врезается в рыхлые породы. Овражная эрозия на юге Русской равнины — не природная экзотика, а серьёзная хозяйственная проблема, съедающая пашню.

Сравнение, которое просят в заданиях. Север Русской равнины — ледниковый рельеф: моренные холмы, озёра, валуны, заболоченность. Юг — эрозионный: овраги, балки, речные долины. Граница между ними примерно совпадает с южным краем последнего оледенения, и именно это объясняет, почему в Карелии озёр тысячи, а в Воронежской области их почти нет.

Условие (типовая формулировка). Установите соответствие между регионом и полезным ископаемым, добыча которого там ведётся: А) Ханты-Мансийский АО; Б) Кемеровская область; В) Мурманская область; Г) Республика Саха (Якутия). Ископаемые: 1) каменный уголь; 2) нефть; 3) алмазы; 4) апатиты.

Шаг 1. Не вспоминать список, а применить правило. ХМАО — Западно-Сибирская равнина, молодая плита, мощный осадочный чехол → осадочное ископаемое, значит нефть (2). Кемеровская область — Кузнецкая котловина, угольный бассейн → уголь (1).

Шаг 2. Северо-запад. Мурманская область — Балтийский щит, выход кристаллического фундамента → магматические породы, отсюда апатиты Хибин (4) и медно-никелевые руды.

Шаг 3. Якутия. Алмазы образуются в кимберлитовых трубках — древних вулканических каналах в пределах Сибирской платформы, район города Мирного → (3).

Ответ: 2143.

Что здесь важнее ответа. Правило «осадочные — в чехле платформ, рудные — на щитах и в складчатых поясах» позволяет решать такие задания даже с незнакомым регионом: достаточно понять, какой тип строения коры там находится.

Крупные формы рельефа созданы внутренними (эндогенными) процессами — движениями плит, поднятиями, вулканизмом. Детали вылеплены внешними (экзогенными) процессами, и для России важнейших четыре.

Древнее оледенение. В четвертичном периоде ледники покрывали север Европейской части и Западной Сибири. Ледник выпахивал породу на своём пути и откладывал принесённый материал по краю — так появились моренные возвышенности (Валдайская, Смоленско-Московская) и тысячи озёрных котловин Карелии и Северо-Запада. Валуны на полях Подмосковья — тоже след ледника: их принесло из Скандинавии.

Работа текучих вод (эрозия). Реки вырабатывают долины, дождевые и талые воды размывают склоны. На распаханных склонах лесостепи и степи этот процесс превращается в бедствие: появляются промоины, а затем овраги, и плодородный слой смывается. Борьба с оврагами — лесополосы, распашка поперёк склона, залужение — типовой сюжет заданий о рациональном природопользовании.

Работа ветра (эоловые процессы). В сухих районах (Прикаспий, Калмыкия) ветер переносит песок, образуя дюны и барханы. Именно ветровая эрозия обрушила урожаи на целине, когда распахали степь без защитных лесополос: верхний слой почвы поднимался в воздух — пыльные бури.

Карст. Там, где близко к поверхности залегают растворимые породы — известняк, гипс, соли, — вода растворяет их и образует пещеры, воронки и провалы (Приуралье, Кавказ, Среднее Поволжье). Карстовые провалы опасны для строительства и дорог.

Стихийные явления, связанные с рельефом. Землетрясения — Камчатка и Курилы, Кавказ, Прибайкалье и Алтай; вулканизм — только Камчатка и Курилы; сели, лавины, обвалы — горные районы; оползни — крутые берега рек и морей, особенно на Черноморском побережье и по берегам Волги.

Как это спрашивают. «В каком из перечисленных регионов чаще всего случаются землетрясения?» — ответ ищется не по памяти, а по правилу: там, где молодая или современная складчатость и границы плит, то есть Камчатка, Курилы, Кавказ, Прибайкалье.

Единственный район России с действующими вулканами — Камчатка и Курильские острова. Механизм стоит разобрать, потому что он же объясняет и землетрясения, и цунами, и горячие источники, и рельеф всего Дальнего Востока.

Камчатка и Курилы лежат в Тихоокеанском огненном кольце — полосе, опоясывающей Тихий океан, где сосредоточена бо́льшая часть вулканов и землетрясений планеты.

Что там происходит. Тихоокеанская литосферная плита, сложенная тяжёлой океанической корой, подходит к краю Евразийской плиты и погружается под неё. Такое погружение называют субдукцией.

Первое следствие — глубоководный жёлоб. В месте изгиба погружающейся плиты образуется узкая и очень глубокая впадина: Курило-Камчатский жёлоб уходит глубже девяти километров.

Второе следствие — вулканы. Опускаясь, плита нагревается и отдаёт вверх воду и другие вещества; они понижают температуру плавления мантийного вещества над зоной погружения, и образуется магма. Она легче окружающих пород, поднимается по трещинам и извергается. Поэтому вулканы стоят не хаотично, а цепочкой, параллельной жёлобу: Ключевская Сопка — высочайший действующий вулкан Евразии (около 4750 м), рядом Толбачик, Шивелуч, дальше вся гряда Курил.

Третье следствие — землетрясения. Плиты движутся не гладко: они цепляются, накапливают напряжение и срываются рывком. Курило-Камчатский район — самый сейсмичный в стране, наравне с Кавказом и Прибайкальем.

Четвёртое — цунами. Подводное землетрясение резко поднимает или опускает блок дна и толкает водную толщу. В открытом океане волна почти незаметна, но у берега вырастает. Поэтому на Курилах и восточном берегу Камчатки существует служба предупреждения о цунами.

Пятое — тепло Земли под ногами. Магматические очаги близко к поверхности, и это даёт горячие источники, гейзеры Долины гейзеров и Паужетскую и Мутновскую геотермальные станции: электроэнергия из подземного тепла — редкий для России ресурс, и Камчатка одна из немногих его использует.

Сравни с Кавказом. Там тоже молодые горы и землетрясения, но механизм другой: не погружение океанической плиты, а столкновение двух континентальных. Континентальная кора лёгкая, она не тонет, а сминается и наращивает высоту. Поэтому на Кавказе высокие горы, но действующих вулканов нет, а на Камчатке горы ниже, зато вулканы работают.

Типовое задание даёт список регионов и список полезных ископаемых и просит установить соответствие. Ход мысли всегда один и тот же, и он занимает секунды, если не пытаться вспоминать, а выводить.

Шаг 1. Определи, что это по рельефу. Кольский полуостров — щит; Западная Сибирь — молодая плита; Урал — древние складчатые горы; Кавказ — молодые складчатые горы; Среднерусская возвышенность — древняя платформа с чехлом; Норильск — край Среднесибирского плоскогорья с древними магматическими породами.

Шаг 2. Переведи структуру в тип пород. Щит и складчатый пояс — магматические и метаморфические породы. Чехол плиты — осадочные.

Шаг 3. Переведи тип пород в ископаемое. Магматические и метаморфические — руды и апатиты. Осадочные — нефть, газ, уголь, соли, фосфориты.

Проверим на примере. «Западная Сибирь» — плита с мощным осадочным чехлом, накопленным в морях мезозоя. Ответ: нефть и газ, и никаких руд. «Кольский полуостров» — Балтийский щит, фундамент на поверхности. Ответ: апатиты Хибин, железные и медно-никелевые руды. «Кузбасс» — прогиб, заполненный осадочными толщами каменноугольного возраста. Ответ: уголь.

Где ошибаются. Первое: путают Западно-Сибирскую равнину (молодая плита, нефть) с Уралом, который её ограничивает (складчатость, руды). Второе: относят КМА к складчатым областям, потому что там железная руда; на деле это платформа, но фундамент там подходит близко к поверхности, и потому руда доступна — редкий, но важный случай. Третье: забывают, что уголь бывает и в горах, если там есть осадочные прогибы.

Сформулируй правило одной фразой: ищи не месторождение в памяти, а породу под ногами — ископаемое следует из неё.

Откуда. Урок опирается на общую тектонику из модуля о литосфере: плиты, их движение, типы границ. Здесь та же теория применена к одной стране.

Куда. Рельеф — причина почти всего дальнейшего. Горы на юге и востоке преграждают путь тёплому и влажному воздуху, а открытость к северу пропускает арктический — отсюда особенности климата. Общий уклон поверхности к северу задаёт направление рек. Рельеф определяет, где возможно земледелие и где пройдут дороги, и потому возвращается в темах о хозяйстве и расселении. А тектоническое строение прямо переходит в тему полезных ископаемых и специализации районов: Урал стал металлургическим, потому что он древний и рудный, а Западная Сибирь — нефтегазовой, потому что она молодая и осадочная.